陳向軍，劉金釗，司朝霞，杜云飛，常廷豪

(1.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南 焦作 454000；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.煤炭安全生產(chǎn)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000；4.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；5.神華神東煤炭集團(tuán) 哈拉溝煤礦，陜西 榆林 719315)

0 引 言

風(fēng)流運(yùn)移特性對分析工作面有效風(fēng)量、采空區(qū)漏風(fēng)、災(zāi)害氣體防控和煤層自燃等都具有重要意義。為了防范工作面瓦斯氣體體積分?jǐn)?shù)超限爆炸和煤層自燃等災(zāi)害，諸多學(xué)者針對工作面風(fēng)流運(yùn)移特性開展了大量研究。YANG Y等[1]、徐會(huì)軍等[2]、楊勝強(qiáng)等[3]、YANG M等[4]、ZHANG C等[5]、張睿卿[6]對傳統(tǒng)開采模式下“U”型通風(fēng)系統(tǒng)工作面和采空區(qū)流場進(jìn)行測試分析，得到了“U”型通風(fēng)系統(tǒng)不同條件下工作面和采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)移特性；王銀輝等[7]、張樹川等[8]、秦汝祥等[9]、秦波濤等[10]、劉偉等[11]、寧建國等[12]采用數(shù)值模擬、能位測定、示蹤技術(shù)和束管檢測等技術(shù)手段，研究了傳統(tǒng)沿空留巷“Y”型通風(fēng)模式下工作面和采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)移規(guī)律；此外，呂文陵等[13]通過數(shù)值模擬研究了“U+Ⅱ”型孤島綜放面及采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流場；張學(xué)博等[14]結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，現(xiàn)場實(shí)測了“U+L”型綜采工作面及采空區(qū)的風(fēng)流，找出其分布特征；洪克寬等[15]通過數(shù)值模擬研究了雙“U”型通風(fēng)模式下工作面和采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)移特性。

縱觀工作面和采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)移特性研究成果，其大多是針對傳統(tǒng)長壁工作面“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，部分針對充填工藝留巷后的“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)，上述研究成果不但保障了傳統(tǒng)開采模式下工作面安全生產(chǎn)，而且還豐富了礦井通風(fēng)理論與技術(shù)。近年來，由何滿潮院士團(tuán)隊(duì)提出的切頂卸壓留巷開采新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)回采工作面僅需掘進(jìn)一條巷道的采掘模式[16-19]，同時(shí)將工作面通風(fēng)系統(tǒng)由傳統(tǒng)開采模式下的“U”型調(diào)整為“Y”型。此外，與傳統(tǒng)沿空留巷技術(shù)相比，切頂卸壓留巷技術(shù)切斷了工作面上覆頂板應(yīng)力傳遞，靠采空區(qū)側(cè)的巷壁由垮落的碎裂頂板煤巖塊組成。傳統(tǒng)的沿空留巷技術(shù)多是在工作面后方的采空區(qū)側(cè)充填一道支護(hù)墻體[20-22]，并由之支撐煤層頂板壓力、采掘擾動(dòng)應(yīng)力和頂板周期壓力，同時(shí)將所留巷道與采空區(qū)隔開，形成的巷壁由柔膜材料、高水材料等充填物質(zhì)組成，對采空區(qū)密閉起到一定的作用。由此可知，切頂卸壓留巷開采工作面的通風(fēng)系統(tǒng)、上覆頂板應(yīng)力傳遞方式、頂板垮落特性及巷壁性質(zhì)均與傳統(tǒng)開采模式存在較大差異，這勢必引起工作面和采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)移特性發(fā)生變化。但遺憾的是，對于切頂卸壓留巷開采工作面風(fēng)流運(yùn)移特性尚未有相關(guān)研究成果。為此，本文開展切頂卸壓留巷開采工作面風(fēng)流運(yùn)移特性研究，以期為防范切頂卸壓留巷開采工作面采空區(qū)漏風(fēng)、瓦斯氣體體積分?jǐn)?shù)超限爆炸和煤層自燃提供參考依據(jù)，保障切頂卸壓留巷開采技術(shù)安全推廣應(yīng)用。

1 切頂卸壓留巷技術(shù)

切頂卸壓留巷技術(shù)是由何滿潮院士團(tuán)隊(duì)于2008年提出的[23-26]，該技術(shù)以“切頂短壁梁”理論為基礎(chǔ)，在工作面系統(tǒng)形成以后，巷內(nèi)及采空側(cè)采用恒阻大變形錨索進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后，超前工作面一定距離，沿超前巷道回采側(cè)鉆取爆破孔并裝藥，通過定向聚能爆破技術(shù)[27]預(yù)裂頂板，在巷道采空側(cè)頂板形成一個(gè)預(yù)裂切縫面。待工作面煤層回采后，及時(shí)緊貼爆破預(yù)裂線布置密集單體支柱進(jìn)行巷旁擋矸支護(hù)并支撐“切頂短臂梁”，采空區(qū)頂板在自重及礦山壓力作用下，沿切縫面自動(dòng)垮落形成巷幫，頂板充分垮落壓實(shí)后，逐步回撤單體支柱，并對垮落形成的巷幫進(jìn)行噴漿處理，用以隔絕采空區(qū)，從而形成工作面的一條運(yùn)輸巷，并可使其作為將來臨近工作面回采巷道使用，服務(wù)于下一個(gè)工作面開采。切頂卸壓留巷技術(shù)改變了傳統(tǒng)長壁開采一面掘雙巷模式，使新的工作面僅需掘一條巷道。其與傳統(tǒng)長壁開采平面圖對比如圖1所示。

傳統(tǒng)開采模式下，工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，采用切頂卸壓留巷開采模式后，回采工作面由“U”型通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)。

圖1 切頂卸壓留巷開采與傳統(tǒng)長壁開采平面圖對比

2 工程背景

以陜西省榆林市神木縣神華神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦12201綜采工作面為工程背景。哈拉溝煤礦位于陜西省神木縣西北55 km處的烏蘭木倫河?xùn)|側(cè)，大柳塔鎮(zhèn)以北4.5 km。井田東西長8.4～11 km，南北寬8.3～10 km，面積約85 km2，核定生產(chǎn)能力1 600萬t/a?？刹杉熬植靠刹擅簩佑?層，主采煤層為2-2煤層、3-1煤層、4-2煤層，均為近水平煤層。地層總體呈傾向SW的單斜構(gòu)造，傾角一般小于1°，在礦井南部有一條小規(guī)模正斷層，無巖漿巖侵入，整體構(gòu)造簡單。

12201綜采工作面為12煤層二盤區(qū)首采工作面，12201綜采工作面由運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開切巷圍成，工作面長320 m，開切巷至停采線距離747 m，計(jì)劃留巷長580 m，煤層厚1.6～2.4 m，平均1.9 m，平均采高2 m，煤層賦存較穩(wěn)定，北西為12202工作面，其他方向無工作面。工作面采掘平面布置如圖2所示。

圖2 工作面平面布置示意圖

3 物理模型及邊界條件

3.1 基本假設(shè)

通常把工作面采空區(qū)作為多孔介質(zhì)模型進(jìn)行研究，但由于采空區(qū)內(nèi)部松散煤體和垮落巖石所構(gòu)成孔隙通道的不規(guī)則性，導(dǎo)致氣體流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜。因此，進(jìn)行如下假設(shè)：

(1)假設(shè)多孔介質(zhì)中的氣體不可壓縮，其流動(dòng)屬于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

(2)12201綜采工作面煤層平均傾角1°～3°，將整個(gè)采空區(qū)煤巖層簡化為水平層進(jìn)行處理。

(3)將風(fēng)流在進(jìn)回(風(fēng))巷道和工作面區(qū)域的流動(dòng)設(shè)為紊流，在采空區(qū)內(nèi)的流動(dòng)設(shè)為層流。

3.2 數(shù)值模擬軟件及物理模型

采用計(jì)算流體力學(xué)(computer fluid dynamics，CFD)常用軟件Fluent模擬。依據(jù)采空區(qū)滲流的數(shù)學(xué)模型，將采空區(qū)劃分成有效的控制體，把控制采空區(qū)滲流的偏微分方程離散化為非連續(xù)的代數(shù)方程組，結(jié)合實(shí)際邊界條件，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值求解,離散所得的方程組，因此，只要?jiǎng)澐值目刂企w足夠小，就可以認(rèn)為離散區(qū)域上的離散值代表整個(gè)采空區(qū)的滲流速度分布情況。

二維模型參數(shù)：截取采空區(qū)走向長400 m，工作面傾向長320 m，巷道斷面寬5 m，高2.5 m的矩形，建立采空區(qū)漏風(fēng)數(shù)值模擬模型(圖3)。

圖3 采空區(qū)漏風(fēng)數(shù)值模擬模型

3.3 模型邊界條件

(1)物理模型。物理模型選擇湍流模型標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。

(2)風(fēng)流入口邊界。入口邊界設(shè)為速度入口邊界條件(velocity inlet)，總配風(fēng)量1 162.5 m3/min，回風(fēng)巷配風(fēng)風(fēng)速1.0 m/s，運(yùn)輸巷配風(fēng)風(fēng)速0.55 m/s，風(fēng)流垂直于入口進(jìn)入。

(3)風(fēng)流出口邊界。風(fēng)流出口邊界設(shè)為自由出流(outflow)。

(4)內(nèi)部邊界。在巷道與采空區(qū)之間的邊界設(shè)置成內(nèi)部邊界(interior)(或者通過設(shè)置多孔介質(zhì)跳躍界面)，流體可以自由流通其中，留巷側(cè)模擬切頂卸壓留巷的開式采空區(qū)，其余邊界默認(rèn)為固體壁面邊界(wall)。在傳統(tǒng)模式下回風(fēng)側(cè)處于煤柱支承應(yīng)力影響區(qū)，造成采空區(qū)回風(fēng)側(cè)的空隙率較大，而切頂卸壓模式下的留巷側(cè)頂板在切頂作用下充分垮落，消除了回風(fēng)側(cè)松散三角區(qū)，滲透率較傳統(tǒng)模式大幅減小，采空區(qū)靠近留巷側(cè)對應(yīng)的邊界條件設(shè)置則改變了傳統(tǒng)的wall設(shè)置。

(5)孔隙率與黏性阻力系數(shù)設(shè)置。將采空區(qū)充填度、碎脹系數(shù)、滲透率、平均粒子直徑等邊界條件的表達(dá)式編寫成UDF并加載至Fluent求解器中，以求得采空區(qū)空隙率、黏性阻力系數(shù)。其中，采空區(qū)多孔介質(zhì)的特征：經(jīng)上覆巖層應(yīng)力分析，在0～30 m內(nèi)本文創(chuàng)新性地引入充填度作為主要敏感因素，這是因?yàn)榇硕翁幱谖闯涮钔耆珷顟B(tài)，與碎石間的空隙相比，未充填的空間風(fēng)流阻力較小，是主要的風(fēng)流運(yùn)移路徑。在多孔介質(zhì)的處理方式上按線性處理并作為修正系數(shù)編入。30～400 m內(nèi)主要和碎脹系數(shù)有關(guān)，這是因?yàn)榇硕纬涮钜呀?jīng)完全，上覆巖層沉降后的應(yīng)力作為敏感性主控因素，覆巖的應(yīng)力主要通過巖石殘余碎脹系數(shù)表現(xiàn)，走向上分段進(jìn)行編程。由于不同巖性的節(jié)理、層理性質(zhì)有所差異，垮落后的平均粒子直徑不一，通過引入現(xiàn)場觀測的經(jīng)驗(yàn)值(150)進(jìn)行編程；碎脹系數(shù)由留巷內(nèi)觀測切頂卸壓模式下的開式采空區(qū)，并以滯后工作面距離為自變量的擬合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行編程；由于空隙率與滲透性的關(guān)系較復(fù)雜，未有明確的文獻(xiàn)依據(jù)，本文采用達(dá)西定律中滲透性、孔隙率、粒子直徑的公式進(jìn)行編程。

(6)黏性阻力系數(shù)設(shè)置。在Fluent中，將采空區(qū)視為連續(xù)非均質(zhì)多孔介質(zhì)區(qū)域，通過在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)量方程中增加額外動(dòng)量損失源項(xiàng)，模擬采空區(qū)多孔介質(zhì)對氣體流動(dòng)的附加阻力，由于采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)風(fēng)速較小，慣性阻力項(xiàng)通常忽略不計(jì)，采空區(qū)內(nèi)滲流動(dòng)量損失主要由黏性阻力項(xiàng)提供。黏性阻力系數(shù)D與采空區(qū)滲透率互為倒數(shù)，且黏性阻力系數(shù)在流體微元體上簡化為各向同性，故由式(1)表示為[28]

(1)

式中：μ為空氣黏性系數(shù)，μ=1.789 4×10-5kg/(m·s)；e′為切頂卸壓模式下采空區(qū)滲透率，m2。

4 工作面風(fēng)流特性數(shù)值模擬

4.1 采空區(qū)風(fēng)流特性

采用Fluent軟件按照上述邊界和初始條件進(jìn)行模擬。依照工作面配風(fēng)計(jì)劃，回風(fēng)巷風(fēng)速取為1.0 m/s，運(yùn)輸巷風(fēng)速取為0.55 m/s，模擬計(jì)算結(jié)果如圖4～6所示。

圖4 速度等值線分布圖

圖5 速度流線圖

由圖4～5可以看出，切頂卸壓開采模式下，風(fēng)流速度沿采空區(qū)走向衰減明顯，在采空區(qū)深部，風(fēng)流速度很小，甚至為0。由回風(fēng)巷進(jìn)入的風(fēng)流，由于慣性作用，部分風(fēng)流由隅角處進(jìn)入采空區(qū)，并在采空區(qū)內(nèi)近回風(fēng)巷隅角區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)較大的渦流區(qū)，該渦流區(qū)主要是進(jìn)風(fēng)風(fēng)流發(fā)生轉(zhuǎn)向，流體支點(diǎn)受到離心作用產(chǎn)生減速增壓區(qū)所致。此區(qū)域風(fēng)流速度較大，進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流一部分進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部向留巷方向運(yùn)移，一部分風(fēng)流又折返至工作面。沿工作面傾向流動(dòng)的風(fēng)流在采空區(qū)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生部分較小渦流區(qū)，其主要是風(fēng)流經(jīng)過轉(zhuǎn)彎處后，由于流速較大且轉(zhuǎn)彎曲率半徑較小，慣性作用所致，在渦流的影響下，工作面部分風(fēng)流由此進(jìn)入采空區(qū)。在近運(yùn)輸巷的工作面端頭處亦出現(xiàn)一個(gè)較大的渦流區(qū)，其主要原因是此區(qū)域處于兩股風(fēng)流交匯處，容易形成紊流區(qū)，并且流經(jīng)工作面的風(fēng)流在此區(qū)域轉(zhuǎn)向，在離心作用下產(chǎn)生減速增壓區(qū)。

圖6 壓力分布云圖

由圖6可知，進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)風(fēng)壓最高，而回風(fēng)巷道留巷段內(nèi)較低，且風(fēng)壓沿留巷走向逐漸降低；在工作面隅角處壓力梯度最大，這與速度等值線圖中采空區(qū)內(nèi)最大風(fēng)流速度位于近隅角區(qū)域的結(jié)論一致。

4.2 沿工作面風(fēng)流運(yùn)移規(guī)律

為進(jìn)一步分析風(fēng)流沿工作面運(yùn)移規(guī)律，考慮到流函數(shù)等值線間的差值可表征兩條等值線間通過的流體流量，為此，用Fluent軟件后處理功能繪制了沿工作面傾向內(nèi)部邊界流函數(shù)變化曲線，如圖7所示。

圖7 工作面傾向內(nèi)部邊界流函數(shù)變化曲線

由圖7可知，在整個(gè)工作面傾向方向，采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流和工作面風(fēng)流存在質(zhì)量交換現(xiàn)象[29]，即工作面風(fēng)流漏入采空區(qū)和采空區(qū)風(fēng)流進(jìn)入工作面。為進(jìn)一步研究工作面和采空區(qū)風(fēng)流交換情況，結(jié)合風(fēng)流運(yùn)移方向，將320 m沿傾向方向的工作面(包括進(jìn)風(fēng)巷)劃分為5個(gè)區(qū)域，其中工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量為正值，由采空區(qū)返回工作面的風(fēng)量為負(fù)值，5個(gè)區(qū)域分布情況見圖8，風(fēng)流交換情況見圖9～10。

圖8 工作面區(qū)域劃分示意圖

圖9 工作面風(fēng)量交換變化圖

圖10 工作面沿程單位距離漏風(fēng)量變化曲線

由圖9可知，沿工作面傾向方向劃分的5個(gè)區(qū)域，2個(gè)區(qū)域的風(fēng)流從采空區(qū)進(jìn)入工作面，3個(gè)區(qū)域的風(fēng)流從工作面進(jìn)入采空區(qū)，由工作面進(jìn)入采空區(qū)的總風(fēng)量為490.61 m3/min，由采空區(qū)返回工作面的總風(fēng)量為203.69 m3/min，風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)并流向留巷方向的總風(fēng)量為286.92 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的58.5%。沿工作面傾向方向304～325 m區(qū)段，漏入采空區(qū)的風(fēng)量為353.21 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的72%；沿工作面傾向方向235～304 m區(qū)段，由于渦流區(qū)的存在，部分風(fēng)流由采空區(qū)返回工作面，返回風(fēng)量為172.77 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的35.2%；沿工作面傾向方向18～235 m區(qū)段，由于沿程存在較小渦流區(qū)，部分風(fēng)流漏入采空區(qū)，漏風(fēng)量為125.62 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的25.6%，該范圍漏風(fēng)量相對較少，但范圍較廣；沿工作面傾向方向2～18 m區(qū)段，該區(qū)域的部分風(fēng)流由采空區(qū)返回工作面，風(fēng)量為30.92 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的6.3%； 0～2 m區(qū)段存在部分風(fēng)流漏入采空區(qū)，漏風(fēng)量為11.78 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的2.4%，2～18 m和0～2 m區(qū)域風(fēng)流交換是近運(yùn)輸巷存在的較大渦流區(qū)影響所致。

綜合圖9～10可知，18～85 m和304～325 m區(qū)段由工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量為464.61 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的94.7%，其中，18～85 m區(qū)段漏風(fēng)量為111.4 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的22.7%，304～325 m區(qū)段漏風(fēng)量為353.2 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的72%，為嚴(yán)重漏風(fēng)區(qū)段。進(jìn)一步分析可知，工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量主要集中在304～325 m區(qū)段，在該區(qū)段內(nèi)，漏風(fēng)量主要分布在321～325 m，該區(qū)段的漏風(fēng)量為286.85 m3/min，占304～325 m區(qū)段漏風(fēng)總量的81.2%，為嚴(yán)重漏風(fēng)區(qū)段。85～260 m區(qū)段，漏風(fēng)量僅為14.28 m3/min，占漏入采空區(qū)總風(fēng)量的2.9%，該區(qū)段內(nèi)風(fēng)流較為穩(wěn)定，為風(fēng)流穩(wěn)定區(qū)域。0～18 m區(qū)段處于兩股進(jìn)風(fēng)流的交匯處，單位距離漏風(fēng)量變化較大，260～304 m區(qū)段單位距離漏風(fēng)量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，極值點(diǎn)位于287 m處。0～18 m和260～304 m區(qū)段風(fēng)流由采空區(qū)返回工作面，屬于風(fēng)流重點(diǎn)折返區(qū)。

4.3 留巷內(nèi)風(fēng)流運(yùn)移規(guī)律

沿留巷走向內(nèi)部邊界流函數(shù)變化曲線如圖11所示。

由圖11可知，在整個(gè)留巷走向方向，采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流和留巷內(nèi)風(fēng)流存在質(zhì)量交換現(xiàn)象。為進(jìn)一步研究留巷和采空區(qū)風(fēng)流交換情況，結(jié)合風(fēng)流運(yùn)移方向，將留巷劃分為5個(gè)區(qū)域，其中采空區(qū)風(fēng)流進(jìn)入留巷內(nèi)的風(fēng)量為正值，留巷內(nèi)風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)量為負(fù)值，5個(gè)區(qū)域分布情況如圖12所示，風(fēng)流交換情況如圖13所示。

圖11 留巷內(nèi)部邊界流函數(shù)變化曲線

圖12 沿空留巷沿程漏風(fēng)情況分布位置示意圖

圖13 沿空留巷沿程不同區(qū)段漏風(fēng)量變化圖

由圖13可知，沿留巷走向方向劃分的5個(gè)區(qū)段內(nèi)，3個(gè)區(qū)段的風(fēng)流從留巷進(jìn)入采空區(qū)，2個(gè)區(qū)段的風(fēng)流從采空區(qū)進(jìn)入留巷，由采空區(qū)進(jìn)入留巷的總風(fēng)量為318.64 m3/min，由留巷返回采空區(qū)的總風(fēng)量為31.72 m3/min。沿留巷走向方向，22～398 m區(qū)段均存在采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流進(jìn)入留巷的現(xiàn)象，該區(qū)域采空區(qū)漏入留巷內(nèi)風(fēng)流為309.38 m3/min，占漏入留巷總風(fēng)量的97.1%，說明整個(gè)留巷段內(nèi)風(fēng)流與采空區(qū)風(fēng)流均存在質(zhì)量交換現(xiàn)象；此外，6～16 m區(qū)段風(fēng)流亦由采空區(qū)漏入留巷，風(fēng)量為9.25 m3/min，占漏入留巷總風(fēng)量的2.9%；0～6 m，16～22 m和398～400 m區(qū)段內(nèi)的風(fēng)流從留巷返回采空區(qū)，但返回風(fēng)量較少，分別為3.74，1.64，26.34 m3/min，依次占返回采空區(qū)總風(fēng)量的11.8%，5.2%和83%，398～400 m區(qū)段所占比率較大的原因是因?yàn)檠乜樟粝镏袇R集的風(fēng)流在流入回風(fēng)巷道中時(shí)，需要經(jīng)過該處轉(zhuǎn)向，形成的渦流使部分風(fēng)流流向采空區(qū)。

為了獲得留巷內(nèi)詳細(xì)漏風(fēng)狀況，將留巷走向方向單位距離漏風(fēng)量繪制成曲線，如圖14所示。

圖14 留巷走向方向單位距離漏風(fēng)量變化曲線

由圖14可知，沿留巷走向方向上，風(fēng)流自采空區(qū)溢出至留巷內(nèi)的22～398 m內(nèi)，22～100 m和390～398 m 2個(gè)區(qū)段由采空區(qū)漏入留巷的風(fēng)量分別為138.33,49.10 m3/min，分別占采空區(qū)漏入留巷總風(fēng)量的43.4%和15.4%，為留巷內(nèi)重點(diǎn)漏風(fēng)區(qū)域。在22～100 m重點(diǎn)漏風(fēng)區(qū)域內(nèi)，由采空區(qū)漏入留巷主要集中于22～30 m區(qū)段，該區(qū)段內(nèi)單位距離漏風(fēng)量急劇增大，當(dāng)達(dá)到30 m后，逐漸減小，其主要原因是22～30 m區(qū)段內(nèi)采空區(qū)部分頂板處于懸空狀態(tài)，冒落巖體未完全垮落，此時(shí)采空區(qū)內(nèi)空隙較大，漏風(fēng)較為嚴(yán)重；30 m之后采空區(qū)冒落巖體已完全垮落，垮落巖體在上覆巖層壓力作用下逐漸壓實(shí)，采空區(qū)內(nèi)部空隙裂隙逐漸減小，風(fēng)流通過能力和漏風(fēng)量隨之也逐漸減小。長達(dá)290 m的100～390 m區(qū)段內(nèi)風(fēng)流較為穩(wěn)定，受渦流區(qū)域影響，0～22 m和398～400 m區(qū)段單位距離漏風(fēng)量出現(xiàn)較大波動(dòng)。

5 結(jié) 論

(1)切頂卸壓開采模式下，靠近工作面兩端隅角處采空區(qū)內(nèi)部分別存在兩個(gè)較大渦流區(qū)，緊臨工作面傾向方向的采空區(qū)內(nèi)側(cè)存在部分較小渦流區(qū)。

(2)在整個(gè)工作面傾向方向，采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流和工作面風(fēng)流存在質(zhì)量交換現(xiàn)象，其中18～85 m和304～325 m區(qū)段為風(fēng)流漏入采空區(qū)重點(diǎn)區(qū)段，321～325 m為嚴(yán)重漏風(fēng)區(qū)段；85～260 m區(qū)段內(nèi)風(fēng)流較為穩(wěn)定，0～18 m和260～304 m內(nèi)區(qū)段風(fēng)流由采空區(qū)折返至工作面。

(3)在整個(gè)留巷走向方向，采空區(qū)和留巷內(nèi)風(fēng)流存在質(zhì)量交換現(xiàn)象。0～6 m，16～22 m和398～400 m區(qū)段內(nèi)的風(fēng)流從留巷返回采空區(qū)，但返回風(fēng)量較少；6～16 m和22～398 m區(qū)段風(fēng)流由采空區(qū)漏入留巷，其中22～100 m和390～398 m為留巷內(nèi)重點(diǎn)漏風(fēng)區(qū)段，22～30 m為嚴(yán)重漏風(fēng)區(qū)段。100～390 m區(qū)段內(nèi)風(fēng)流較為穩(wěn)定。

(4)沿工作面傾向方向，18～85 m和304～325 m區(qū)段是工作面漏風(fēng)防范重點(diǎn)區(qū)段；沿留巷走向方向，22～100 m和390～398 m為留巷內(nèi)重點(diǎn)漏風(fēng)防范區(qū)段。