矿业安全与环保

作者：姬周飞, 龙在海, 李军权, 田峰峰, 解树亮, 王刚

关键词：近直立煤层采空区, 采空区流场, 采空区温度场, 低温氮气, 数值模拟

为掌握近直立煤层分层开采条件下复合采空区的流场演化规律, 研究上分层开采对下分层工作面采空区气体场与温度场分布的影响。建立了分段开采条件下的采空区三维数值模型, 利用PFC颗粒流模拟软件模拟采空区覆岩的垮落和孔隙率分布；使用UDF函数将孔隙率分布数据导入到CFD, 进行非注氮、注低温氮气复合采空区流场演化的数值模拟, 对自燃“三带”分布进行预测, 分析漏风情况, 以及低温氮气对流场、温度场的动态演化规律；最后, 采用现场监测各个区域的CO浓度、温度变化情况, 对数值模拟结果进行验证。结果表明：孔隙率较大的区域主要集中于本水平分段采空区两端原进回风巷道部分, 复合采空区内的高氧浓度区域主要位于进、回风巷侧, 并整体呈现出越靠近采空区深部其氧浓度越低的趋势, 对于上分层采空区, 高氧浓度区域主要位于终采线及进回风巷上部位置；注低温氮气后, 采空区散热带宽度减小1.7~6.4 m, 氧化带宽度减小9.6~12.2 m；距离注氮口越近温度降低幅度较大。现场观测显示本分层氧化带宽度显著减小, 回风隅角温度降低了16.6 ℃, CO体积浓度由之前的最大值16.5 μL/L逐渐降低至0 μL/L；上分层回风隅角的温度由平均32.1 ℃降低至20.1 ℃, CO体积浓度由14.0 μL/L降低至0 μL/L。现场测试结果与模拟结果误差小于5%, 验证了研究方法的可行性。

来源：2025年第5期

《矿业安全与环保》期刊编辑部

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