基于流体力学分析的采煤工作面“U+U”型通风方式研究.doc

采煤工作面“U+U”型通风方式研究
（1．中国矿业大学，安全工程学院，江苏徐州，221008）
摘要：瓦斯问题的本质就是其随风流流动的浓度分布问题，而矿井通风系统及采煤工作面通风方式于流体力学有着密切的关系，风流沿着一维巷道连续流动，在流动中涉及能量方程的转换和消耗、压力在不同地点的分布、瓦斯浓度随风流的变化等，所以认识这些问题的本质规律并准确地用流体力学语言表达出来。文章结合流体力学知识分析U+L型通风方式的优缺点，并提出新的“U+U”型通风方式，对于改进煤矿工作面的通风方式、减少瓦斯超限频率和存在盲巷等问题有一定的借鉴意义。
关键词：煤矿通风方式流体力学分析
Researchon“U+U”TypeVentilationofCoalFace
（1．ChinaUniversityofMiningandTechnology，FacultyofSafetyEngineering，xuzhou221008）
Abstact：Gasnatureproblemisitsconcentrationwiththeromanticmovement,andmineventilationsystemsandventilationatthecoalfaceiscloselyrelatedtofluidmechanics,romanticroadwayalongtheone-dimensionalcontinuousflow,flowinvolvedintheconversionoftheenergyequationandconsumption,thepressuredistributionatdifferentlocations,thegasconcentrationchangeswiththeromantic,sounderstandingthenatureoftheseproblemswiththelawandaccuratelyexpresslanguageoffluidmechanics.IncombinationwithknowledgeoffluidmechanicsanalysisofU+L-typeventilationsystemadvantagesanddisadvantages,andproposenew"U+U"typeventilation,fortheimprovementofcoalfaceofventilationtoreducethefrequencyandthepresenceofgasgaugeissuessuchasBlindLanesomereference.
Keywords:MineVentilationtypeFluidmechanicsanalysis
0引言
瓦斯问题是困扰高瓦斯矿井实施高产高效生产的一大难题。实践表明，工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的60%以上，传统的“U”型、“U+L”通风方式，由于采空区漏风携带采空区高浓度瓦斯汇集至工作面上隅角并由风流排出。无论采用高位钻孔、埋管抽放，还是利用高抽巷，都不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，严重影响采煤工作面的安全、高效生产[1]。瓦斯问题的本质就是其随风流流动的浓度分布问题，而矿井通风是典型的稳定流，风流流动过程中会出现层流和紊流。稳定流指流体在某点的速度v、压力p、密度和温度t不随时间而变化，层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。紊流是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。
风流沿着一维巷道连续流动，在流动中涉及能量方程的转换和消耗、压力在不同地点的分布、瓦斯浓度随风流的变化等，所以认识这些问题的本质规律并准确地用流体力学语言表达出来，是非常重要的。用流体力学的观点分析现在煤矿常用的“U+L”型通风方式存在的问题，提出“U+U”通风方式以满足现代矿山高产高效的要求[2]。
1通风基本方程
分析矿井通风系统所以用到的方程由能量守恒方程和连续方程等。
1.1能量守恒方程
能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒的转换定律在矿井通风中的应用，而矿井基本上某点的速度v、压力p、密度和温度t不随时间而变化，所以采用不可压缩方程[8]。
（1-1）
或（1-2）
公式1-1、1-2即不可压缩单位质量流体常规的伯努利方程表达式。
1.2连续方程
流出微团的净质量流量必须等于微团内质量的减少，则连续性方程的偏微分方程如公式1-3所示。
（1-3）
而采空区变密度混合气体非线性渗流的连续方程则可表示为公式1-4所示。
（1-4）
式中为混合