近几十年来,综放采煤方法在我国得到了广泛的应用。综合机械化放顶煤采煤方法具有高产高效、生产集中等优点,但由于其开采强度大,造成采空区遗煤多、空间大等特点,造成采空区流向综放工作面的瓦斯量急剧增加,工作面回风巷和上隅角瓦斯频频超限,不仅造成工作面断电停产等严重后果,造成了巨大的经济损失,甚至有时会发生瓦斯燃烧或者爆炸之类的重特大恶性事故,给矿井安全生产造成严重威胁,这也是制约综放采煤方法广泛推广的一个瓶颈。因此,对综放工作面采场瓦斯的扩散、运移、流动和分布规律进行研究,具有非常重要的理论和现实意义。本文主要从以下几个方面做了一些研究：(1)根据综放工作面开采后,上覆直接项会在采空区跨落,由于采场四周煤柱和支架的影响,使得靠近煤柱和支架的地方往往会形成相对松散区,而远离工作面的地方,由于老项跨落后会发生回转失稳,使得采空区深部的地方重新压实,且会随着工作面的推进,采空区空间范围的增大,压实区域逐渐增大。这样在采空区就形成了类似“0”形圈的环状体系,卸压的瓦斯大量存储在这些环形带空间里。(2)将采空区视为随时间和空间变化的非均质的多孔介质,推导了采场各瓦斯源的涌出量,及瓦斯在其中的运移控制方程。(3)通过FLUENT软件对“U”形通风方式和“U+L”形通风方式在不同风速下进行了3201工作面采场瓦斯运移规律的模拟研究。详细阐述了在“U”形通风方式下综放工作面“O”形圈内不同部位的瓦斯浓度、流线分布规律,通过模拟“U+L”形通风方式对比分析可知,不论是“U”形通风方式还是“U+L"形通风方都是随着通风量的增大工作面采场瓦斯浓度降低,且在同样通风量的情况下,虽然“U+L"形通风方式和“U”形通风方式回风巷瓦斯浓度差别不大,但“U+L”形通风方式可大大降低工作面回风巷附近的上隅角的瓦斯浓度,保证工作面的安全生产。(4)通过该矿3201工作面近半年的瓦斯实测,分析了工作面产量和瓦斯涌出量的关系,且通过与数值模拟结果对比,进而得出模拟结果可作为现场实际生产的参考依据。
