0 引言

马泰壕煤矿位于乌审旗小区的东部边缘——东胜煤田南部[1-2]，设计生产力800万t/a，采用主斜井、副立井混合开拓方式。主采煤层为3-1煤层，煤层厚度为4.76～7.63 m，平均厚6.32 m。所采煤层为Ⅰ类易自燃煤层，自然发火期仅为26 d，煤尘具有爆炸危险性。3102工作面为首采工作面，采用综合机械化工艺一次采全高，全部垮落法控制顶板。工作面走向长度1 494 m，倾斜长度299 m，倾角1°～3°，平均2°。

由于首采工作面开采Ⅰ类易自燃煤层，加上人员设备磨合、煤炭销售滞后等因素的影响，推进速度缓慢，采空区出现自然发火征兆。加上开采深度大、地压显现明显，采空区、煤柱漏风增加，采空区自然发火危险性加剧[3-5]。基于此，对首采工作面采空区自燃危险性区域进行划分，理清采空区自然发火规律已经刻不容缓。

1 取样系统布置

由于3102工作面为综采工作面，工作面后方采空区无法进行埋管，此次测试选择在3102胶运巷和回风巷分别沿走向布置测点。为保证测试结果的准确性，分别在回风、胶运巷各布置2个测点，测点间距50 m，分别为1号、2号、3号、4号测点，3102工作面三带测点布置如图1所示。

  

图1 3102工作面三带测点布置Fig.1 Layout of three belt measurement points on 3102 working face

(1)3102回风巷1号、2号测点。各测点通过煤柱施工2个φ 102 mm钻孔，共施工4个钻孔；同时下φ 51 mm套管，在套管内部安设束管1根，铠装热电偶1根。

(2)3102胶运巷为3号、4号测点。将φ 51 mm无缝钢管截成每根6 m长，两端用两通连接，分别沿3102工作面胶运巷铺设，再将束管、铠装热电偶穿入套管内，采样器探头部位用矸石或枕木加以保护。

2 取样数据分析

此次模型建立基于Gambit软件，首先将工作面情况进行简化[11]。几何模型包括进风巷、回风巷、工作面和采空区。忽略井下设备情况，将各部分简化为长方体。具体尺寸：进、回风巷宽6 m、高4 m、长10 m；工作面宽8 m、高4 m、长300 m。采空区宽300 m，其中堆积区20 m，载荷区60 m，压实区宽220 m、长300 m。几何模型如图4所示，对几何模型采用自动生成网格，网格尺寸取1 m ×1 m(图5)。

  

图2 胶运巷气体变化曲线Fig.2 Gas change curve in glue Lane

通过查看Fluent模拟结果图并导入后处理软件Tecplot可以看出采空区氧气浓度分布(图6)，参照取样点的截面如图7所示。

  

图3 回风巷气体变化曲线Fig.3 Gas change curve in return air lane

自燃指标性气体一氧化碳浓度呈现出先增加、随后降低的趋势。在自燃带时，一氧化碳的浓度达到最大；在散热带漏风强度大，遗煤虽具备了氧化自燃的条件，热量不易于积聚，氧化自燃产生的一氧化碳气体浓度较小。当进入自燃带时，氧化升温加剧，产生的一氧化碳气体增多。最后进入窒息带后，氧浓度低于8%，遗煤供氧不充足，自然发火情况得到抑制，一氧化碳气体减少。

(4)瓦斯在煤、岩层中的流动符合达西定律，采空区中气体流动符合湍流模型。

3 数值模拟验证

3.1 建模

由于先施工回风巷的取样钻孔，胶运巷取样点取样时间比较滞后，当取样点位于工作面58.6 m时开始取样。胶运巷及回风巷分析统计结果如图2、图3所示。

  

图4 采空区几何模型Fig.4 Geometric model of goaf

  

图5 采空区几何模型网格Fig.5 Geometric model grid of goaf

3.2 边界条件设置

计算模型选取Laminar模型中的k-epsilon，方程系数为系统默认值[12]。取进风巷为速度入口，速度入口参数为风速、湍流强度、水力直径。水力直径计算公式为：

 

(1)

式中，Aq为流道截面积；U为湿周长度。

冷榨和热榨的汉麻籽油在5种不同的储存环境中，温度和光照均影响油脂的颜色、透明度和气味；温度变化越大，光照越强，油脂颜色褪色明显，透明度降低，易产生刺激性气味，稳定性越低。GC-MS方法分析2种不同榨油方式的汉麻籽油脂肪酸成分相同，含量有所差别。油脂在UVC （200 ～ 275 nm）和UVB（270 ～ 320 nm）处有很强的吸收峰，可以较好的吸收紫外线，适合作为防晒霜原料；储存汉麻籽油时，要尽可能避免让油脂与空气接触，应该采用低温避光或者采取真空、惰性气体保存油脂，防止油脂被氧化。

(2)把采空区看成多孔介质，设置三区划分，垂直方向上只设置垮落带，孔隙率不同，但均匀分布。

 

(2)

代入数值计算，得湍流强度为2.3%。入口边界为速度入口，进风速度为1.53 m/s，组分为氧气和氮气，氧气浓度21%，质量分数23%，氮气浓度79%，质量分数77%。出口边界为自由出口。将采空区设为多孔介质，孔隙率分别为0.24，0.18，0.10。根据瓦斯涌出量分源计算，采空区瓦斯涌出量三区的源项分别为1.68×10-10，2.6×10-10，6.6×10-10 kg/(m3·〗s)。

代入数值计算，得出水力直径为4.8 m。

为简化分析，并能反映所研究综采工作面上隅角瓦斯基本情况，进行假设[13-15]：

18日上午，这群小记者“全副武装”，早早地来到了大会签到处，没来得及休息，就分散开来采访已经到场的代表们。别看他们年纪不大，采访起来却有模有样，颇具大将之风。代表们也不因他们年纪小便随意作答，而是经过深思熟虑后认真地给出答案。你瞧小记者们满脸喜悦地回放自己的采访录音，就知道他们对采访结果有多满意啦！

(1)不考虑温度变化，将模拟过程的空气和瓦斯气体看成不压缩气体，流动为稳态流动。

病株主要特点：该病主要是由于病菌从植株根部进入，进而在植株体内蔓延，以此来危害玉米根部和玉米茎。最初的病症会造成玉米根部和茎部木质部分变成褐色，然后根部会逐渐坏死，包括次生根都会坏死，最后导致整个根茎部全部腐烂，引起植株的枯死。而地上部分一开始会由于缺乏养分叶片变黄，后续因为没有养分病株变得枯黄。

湍流强度公式为：

(3)在采空区各区域设置瓦斯源项，且均匀分布。

参照采空区自燃“三带”划分标准，氧气浓度8%～18%为自燃带[6-10]，实测胶运巷自燃带为工作面84 m以后，自燃带范围在90 m以上。回风巷自燃带为工作面56 m以后，自燃带宽度为100 m，氧化带范围较宽，采空区自然发火危险性大。通过一氧化碳气体的变化，也印证了采空区“三带”监测数据的准确性及划分的合理性。

3.3 Fluent3D模拟分析结果

通过分析可知，随着工作面的推进，采空区胶运巷、回风巷氧气浓度均呈现缓慢降低的趋势，但回风巷氧气浓度下降更为显著。这是由于回风侧漏风强度变低、漏风风速减小造成的。

  

图6 采空区氧气浓度分布Fig.6 Oxygen concentration distribution in goaf

  

图7 采空区氧气浓度分布截面Fig.7 Oxygen concentration distribution cross section in Goaf

从图7中可以看出，随着向采空区内部深度的增加，采空区内的氧气浓度也逐渐减少，从进风巷、回风巷和工作面处氧气浓度在20%左右，随着采空区的深入氧气浓度逐渐变低。从“三带”分布形状来看，进风侧、工作面中部、回风侧的散热带的宽度不同，工作面最宽，进风侧次之，回风巷最窄，这主要是采空区不同的漏风情况所决定的。以釆空区氧气浓度18%和8%作为划分依据，划分采空区自燃“三带”分布见表1。

 

表1 工作面采空区自燃“三带”分布规律Tab.1 Distribution law of "Three Zone" of spontaneous combustion in goaf of working face

  

项目散热带/m自燃带/m窒息带/m胶运巷<8585～175≥175回风巷<5555～155≥155

4 结论

(1)通过煤柱施工钻孔及埋管等手段，对采空区气体进行取样分析表明，随着工作面的推进，氧气浓度逐渐减少，一氧化碳气体先增加随后减少，验证了现场自燃“三带”划分的可靠性。

(2)结合数值模拟验证的结果表明，胶运巷自燃带为工作面采空区85 m后，宽90 m；回风巷自燃带为55 m后，宽100 m。自燃危险性区域大。

而我，每次读这段文字，却从来都不认为丰子恺的这位“酒友”是一名酒徒；恰恰相反，我觉得这位“酒友”，真是一位懂得生活的人：他懂得享受生活中“细节”的美好，他用自己的“细节”行为，构建自己生命中那份“缓慢”的节奏，从而让生命充满情趣，让生命彰显出一份简单的风雅。

种畜禽（含精液、胚胎等其他遗传物质）是非常重要的物种资源，是畜牧业发展的基础。一个优良畜禽品种的培养需要长时间的繁殖过程才能获得较稳定的遗传特性，但是毁坏只需一朝一夕。我们在鼓励培育优良畜禽品种的同时，更应加强种畜禽生产经营行为的管理，种畜禽生产经营许可证审批作为重要的手段，仍然起着重要作用。

根据资料及其他选煤厂的生产经验，煤泥浮选药剂成本为4元/t；人工费为1.25元/t；辅助材料费3.0元/t；电费7.52元/t；其他费用(含折旧费等)10元/t。煤泥浮选总加工成本为25.77元/t。

(3)根据自然发火危险区域的判定，结合煤层自然发火期，计算工作面推进速度应满足6.7 m/d。

由于该课程学习起来相对枯燥难懂，学生难免存在一定惰性，通过课堂授课时有针对性地引导，使学生在课下时间能够在仿真实验平台上自主完成基础性、验证性实验，通过实验任务的布置，结合实验的完成情况，给予一定的平时表现分数，从而达到督促学生的目的，提高学生学习兴趣。例如，微机原理中汇编语言程序设计所占的内容比重较大，而编程往往只有学生参与实际调试才能真正体会和学习到语言的精髓和应用方法，因此通过课堂演示引导、翻转课堂等方式与学生互动学习，结合任务驱动的教学方法，才能充分锻炼学生的动手能力。

参考文献(References)：

[1] 陈祥恩，杜长龙.马泰壕煤矿斜井冻结施工技术[J].煤炭科学技术，2009，37(11)：21-23.

Chen Xiang′en，Du Changlong.Freezing construction technology of mine inclined shaft in Mataihao Mine[J].Coal Science and Technology，2009，37(11)：21-23.

[2] 牛永宏.马泰壕矿井建设成本控制分析[J].煤炭工程，2011(S2)：105-108.

Niu Yonghong.Analysis on cost control of Mataihao Mine construction[J].Coal Engineering，2011(S2)：105-108.

[3] 张福成.浅埋易自燃煤层防灭火关键技术[J].煤矿安全，2011，42(2)：35-38.

Zhang Fucheng.Key technologies of fire prevention and extinguishing in shallow coal seam and spontaneous combustion seam[J].Safety in Coal Mines，2011，42(2)：35-38.

[4] 秦波涛，王德明.矿井防灭火技术现状及研究进展[J].中国安全科学学报，2007，17(12)：80-85.

Qin Botao，Wang Deming.Present situation and development of mine fire control technology[J].China Safety Science Journal，2007，17(12)：80-85.

[5] 刘灿.易自燃煤层无煤柱开采自燃规律及防治技术研究[D].西安：西安科技大学，2006.

[6] 谢军，薛生.综放采空区空间自燃三带划分指标及方法研究[J].煤炭科学技术，2011，39(1)：65-68.

Xie Jun，Xue Sheng.Study on division index and method of Three-zone spontaneous combustion zones in the goaf of fully-mechanized top coal caving mining faces[J].Coal Science and Technology，2011，39(1)：65-68.

[7] 杨宏民，李化金.采空区自燃“三带”划分指标的探讨[J].煤矿安全，1998，29(5)：26-28.

Yang Hongmin，Li Huajin.Discussion on the natural "Three Zones" of gob[J].Safety in Coal Mines，1998，29(5)：26-28.

[8] 陈全.采空区“三带”划分指标的研究[J].煤炭工程师，1997(3)：12-15.

Chen Quan.Study on the classification of "Three Zones" in goaf[J].Coal Engineers，1997(3)：12-15.

[9] 李宗翔，许端平，刘立群.采空区自然发火“三带”划分的数值模拟[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2002，21(5)：545-548.

Li Zongxiang，Xu Duanping，Liu Liqun.Numerical simulation of "Three Zones" in spontaneous combustion in gob[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science)，2002，21(5)：545-548.

[10]周英，南华.特厚易自燃煤层综放开采采空区“三带”划分研究[J].中国煤炭，2006，32(2)：32-34.

Zhou Ying，Nan Hua.Study on the "Three Zones" of the gob in full-mechanized caving mining in special thick and easy spontaneous coal seam[J].China Coal，2006，32(2)：32-34.

[11]黄金，杨胜强，褚廷湘，等.采空区自燃三带漏风流场的数值模拟[J].煤炭科学技术，2009，37(6)：60-63.

Huang Jin，Yang Shengqiang，Chu Tingxiang，et al.Numerical simulation on air leakage flow in spontaneous combustion Three Zone of goaf[J].Coal Science and Technology，2009，37(6)：60-63.

[12]杨焱.孤岛综放面采空区“三带”数值模拟与实测研究[J].煤炭技术，2009，28(10)：41-43.

Yang Yan.Numerical simulation and measurement of "Three Belts" in gob of fully-mechanized caving face in isolated island[J].Coal Technology，2009，28(10)：41-43.

[13]李文国，汪月伟，付恩俊，等.浅埋藏易自燃大型综放工作面自燃“三带”分布规律的实测与数值模拟研究[J].矿业安全与环保，2012，39(2)：36-38.

Li Wenguo，Wang Yuewei，Fu Enjun，et al.Measurement and numerical simulation of spontaneous combustion "Three Zones" in large-scale fully-mechanized top coal caving mining face subjected to spontaneous combustion[J].Mining Safety and Environmental Protection，2012，39(2)：36-38.

[14]何俊，牛帅，陈亮.大倾角综放面采空区自燃“三带”分布规律研究[J].煤炭技术，2014(9)：54-56.

He Jun，Niu Shuai，Chen Liang.Study on the "Three Zones" distribution rule of spontaneous combustion in gob of fully-mechanized caving mining face[J].Coal Technology，2014(9)：54-56.

[15]张辛亥，席光，徐精彩，等.基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测[J].北京科技大学学报，2005，27(6)：641-644.

Zhang Xinhai，Xi Guang，Xu Jingcai，et al.Division and prediction of spontaneous combustion danger zone in fully-mechanized top coal caving face based on flow field simulation[J].Journal of University and Technology Beijing，2005，27(6)：641-644.