·724· 北京科技大学学报 第36卷 工作面采用两进、两回双“U”型通风系统，工作 长度取300m,宽度取6m,高度取3.6m. 面总风量为5592m3·min-',其中回风顺槽回风 ⑤大“U”通风系统所属巷道断面宽度和高度 1420m3·min-1,瓦排巷回风4172m3min-1.N1203 均分别取取3.8和3.2m.其中，进风顺槽和瓦斯排 综采工作面采取了采前预抽、边采边抽、采空区抽采 放巷长度均取550m,横贯长度均取30m,辅助切眼 等综合抽采方式，抽采后N1203综采工作面煤层瓦 长度取376m,辅助运输巷长度取55m. 斯解析量为6.72m3·t-,绝对瓦斯涌出量为 ⑥注惰使用钻孔直径均取244.5mm.其中， 44.2m3min-. 1"、2钻孔分别位于距回风顺槽出口、胶带顺槽入口 事故发生后，灭火救援专家对余吾煤业N1203 9m处巷道中心，5钻孔位于工作面距胶带顺槽80m 综采工作面发火原因进行分析，制定了综采工作面 处中心位置 的综合灭火方案，详细论证了火区封闭与惰化，从地 基于上述简化及假设，采用GAMBIT2.0建立 表施工钻孔压注CO,和N2,注凝胶封堵采空区方案 采空区三维几何模型，并对其进行网格划分，如图1 的可行性，并予以现场实施。 所示 在N1203综采工作面综合灭火方案现场实施 过程中，1"钻孔率先施工到位并开始压注C02和 N2,持续25d后停注，累计压注C02204.94t,注液 态N219.56t:5"钻孔于1"钻孔开注6d后开始压注 C02和N2,持续38d后停注，累计注C02331.36t, 注液态N2235.41t.至此，根据对2钻孔进行取样 分析，采空区各项指标已符合火区启封要求，按照规 定启封火区，最终成功灭火 图1采空区三维几何模型图 2.2几何模型的建立 Fig.1 3D geometric model of the goaf 根据N1203综采工作面的实际情况，建立采空 区气流渗透及扩散几何模型.由于综采工作面上有 2.3参数设定及求解 采煤机、支架、溜子等各种设备，双“U”型通风系统 根据N1203综采工作面的具体情况及相关实 所属巷道断面也不标准，且无法对采空区进行实测， 测数据，结合数学模型和FLUENT的数值模拟方法， 因此无法做出准确的几何模型，根据现场的实际情 并对区域网格进行自适应等调试，最终求解出采空 况和模拟的实际需要，本文对综采工作面及采空区 区封闭及惰化过程中各组分的体积分数分布及扩散 数值计算区域进行了以下简化： 规律.数值模拟参数设定如表1所示 ①工作面、胶带顺槽、回风顺槽、进风顺槽、瓦 表1计算模型参数设定表 斯排放巷、辅助切眼、横贯巷、辅助运输巷、采空区等 Table 1 Definition of model parameters 所有区域均视为长方体，不考虑工作面及各类巷道 边界条件 参数设定 设备布置情况 求解器 分离求解器 ②根据“横三区”、“竖三带”的划分原则，将采 湍流模型 k双方程模型 空区划分为冒落带1、冒落带2、冒落带3、裂隙带1、 组分输运模型 瓦斯-空气 裂隙带2共计五个部分，以区别不同的孔隙率.其 能量 打开 中冒落带1、2和3分别代表煤壁支撑影响区、岩层 时间 非稳态 离层区及重新压实区.裂隙带由于孔隙率随高度变 入口边界类型 速度入口 化较大，将其划分为裂隙带1和裂隙带2.弯曲下沉 3.18(胶带顺槽)， 带由于孔隙率极小不予考虑 2.47(进风顺槽)， ③采空区走向长度取500m,倾斜长度取300m 入口速度/(ms1) 0.69(辅助运输巷)， (包括小“U”通风系统胶带顺槽及回风顺槽宽度)， 1.18(1*钻孔)， 垂直高度取75m.其中走向长度分为三段，分别为 2.32(5*钻孔) 25、125和350m;垂直高度分为三段，均为25m 出口边界类型 压力出口 ④小“U”通风系统胶带顺槽和回风顺槽长度 15(回风顺槽)， 表压力Pa -52.4(瓦斯排放巷) 均取18m,断面宽度和高度取4.8和3.6m;工作面北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 工作面采用两进、两回双“U”型通风系统，工作 面总风量为 5 592 m3 ·min － 1 ，其中回风顺槽回 风 1 420 m3 ·min － 1 ，瓦排巷回风 4 172 m3 ·min － 1 ． N1203 综采工作面采取了采前预抽、边采边抽、采空区抽采 等综合抽采方式，抽采后 N1203 综采工作面煤层瓦 斯解 析 量 为 6. 72 m3 ·t － 1 ，绝对瓦斯涌出量为 44. 2 m3 ·min － 1 ． 事故发生后，灭火救援专家对余吾煤业 N1203 综采工作面发火原因进行分析，制定了综采工作面 的综合灭火方案，详细论证了火区封闭与惰化，从地 表施工钻孔压注 CO2 和 N2，注凝胶封堵采空区方案 的可行性，并予以现场实施． 在 N1203 综采工作面综合灭火方案现场实施 过程中，1# 钻孔率先施工到位并开始压注 CO2 和 N2，持续 25 d 后停注，累计压注 CO2 204. 94 t，注液 态 N2 19. 56 t; 5# 钻孔于 1# 钻孔开注 6 d 后开始压注 CO2 和 N2，持续 38 d 后停注，累计注 CO2 331. 36 t， 注液态 N2 235. 41 t． 至此，根据对 2# 钻孔进行取样 分析，采空区各项指标已符合火区启封要求，按照规 定启封火区，最终成功灭火． 2. 2 几何模型的建立 根据 N1203 综采工作面的实际情况，建立采空 区气流渗透及扩散几何模型． 由于综采工作面上有 采煤机、支架、溜子等各种设备，双“U”型通风系统 所属巷道断面也不标准，且无法对采空区进行实测， 因此无法做出准确的几何模型，根据现场的实际情 况和模拟的实际需要，本文对综采工作面及采空区 数值计算区域进行了以下简化: ① 工作面、胶带顺槽、回风顺槽、进风顺槽、瓦 斯排放巷、辅助切眼、横贯巷、辅助运输巷、采空区等 所有区域均视为长方体，不考虑工作面及各类巷道 设备布置情况． ② 根据“横三区”、“竖三带”的划分原则，将采 空区划分为冒落带 1、冒落带 2、冒落带 3、裂隙带 1、 裂隙带 2 共计五个部分，以区别不同的孔隙率． 其 中冒落带 1、2 和 3 分别代表煤壁支撑影响区、岩层 离层区及重新压实区． 裂隙带由于孔隙率随高度变 化较大，将其划分为裂隙带 1 和裂隙带 2． 弯曲下沉 带由于孔隙率极小不予考虑． ③ 采空区走向长度取 500 m，倾斜长度取 300 m ( 包括小“U”通风系统胶带顺槽及回风顺槽宽度) ， 垂直高度取 75 m． 其中走向长度分为三段，分别为 25、125 和 350 m; 垂直高度分为三段，均为 25 m． ④ 小“U”通风系统胶带顺槽和回风顺槽长度 均取 18 m，断面宽度和高度取 4. 8 和 3. 6 m; 工作面 长度取 300 m，宽度取 6 m，高度取 3. 6 m． ⑤ 大“U”通风系统所属巷道断面宽度和高度 均分别取取 3. 8 和 3. 2 m． 其中，进风顺槽和瓦斯排 放巷长度均取 550 m，横贯长度均取 30 m，辅助切眼 长度取 376 m，辅助运输巷长度取 55 m． ⑥ 注惰使用钻孔直径均取 244. 5 mm． 其中， 1# 、2# 钻孔分别位于距回风顺槽出口、胶带顺槽入口 9 m 处巷道中心，5# 钻孔位于工作面距胶带顺槽 80 m 处中心位置． 基于上述简化及假设，采用 GAMBIT 2. 0 建立 采空区三维几何模型，并对其进行网格划分，如图 1 所示． 图 1 采空区三维几何模型图 Fig． 1 3D geometric model of the goaf 2. 3 参数设定及求解 根据 N1203 综采工作面的具体情况及相关实 测数据，结合数学模型和 FLUENT 的数值模拟方法， 并对区域网格进行自适应等调试，最终求解出采空 区封闭及惰化过程中各组分的体积分数分布及扩散 规律． 数值模拟参数设定如表 1 所示［8--15］． 表 1 计算模型参数设定表 Table 1 Definition of model parameters 边界条件 参数设定 求解器 分离求解器 湍流模型 k-ε 双方程模型 组分输运模型 瓦斯--空气 能量 打开 时间 非稳态 入口边界类型 速度入口 入口速度/( m·s － 1 ) 3. 18( 胶带顺槽) ， 2. 47( 进风顺槽) ， 0. 69( 辅助运输巷) ， 1. 18( 1# 钻孔) ， 2. 32( 5# 钻孔) 出口边界类型 压力出口 表压力/Pa 15( 回风顺槽) ， － 52. 4( 瓦斯排放巷) ·724·