摘 要：在采空区三维流场实验台上开展了“U”型通风方式、偏“Y”型通风方式模拟实验，
结果表明相较于“U”型通风方式，偏“Y”型通风方式下的采空区内压力值和瓦斯浓度值均有所
增加，且整体沿下隅角至回风巷端口的对角线方向逐渐增大，压力最高点和浓度积聚区域均
发生转移；上隅角处于辅进风巷新鲜风流中，几乎无瓦斯积聚；采空区流场与采动覆岩裂隙
“O”型圈密切相关：在冒落岩石压实区内，孔隙率较小，压力值稳定，瓦斯浓度较高，漏风程
度随端压增大而增大；当采空区的物理特征确定时，端压变化不改变压力场和浓度场的分布
规律，只会使流场内的压力和浓度的数值发生变化；采空区埋管抽采瓦斯时，集中抽采压实
区瓦斯，可兼顾高效抽采和弱化漏风效应。
关健词：采空区流场模拟；“O”型圈；采空区流场; 偏“Y”型通风
1 引言
如今，通风排放瓦斯和布置抽采管路抽放瓦斯依然是矿井瓦斯治理的基础措施[1]。两进一回的偏“Y”型通风方式是防治工作面上隅角瓦斯积
聚最有效的通风方式，采空区瓦斯抽采是有效解决采空区遗煤自燃的手段。但是目前对于采空区瓦斯抽、排以及防灭火技术之间的统筹及内在相互关系，仍然缺乏理论上的指导。要想科学合理的制定出行之有效的采空区瓦斯治理措施，必须建立在对采空区瓦斯运移及分布规律掌握的基础之上。
理论研究中，从采用多孔介质孔隙理论分析采空区，到产生流体流动遵循线性和非线性渗流
规律的共识，再到综合采动裂隙“O”形圈理论的提出，最终形成采空区内瓦斯渗透-扩散立体模型，
采空区内部物理特性的研究越来越深入细致，也越来越符合真实采空区特征。目前通过计算机软
件的数值模拟对采空区内部流体运行规律的分析
是主流方向，但是由于软件内嵌数学公式和边界
条件设置的准确性均待提高，若要研究采空区流
场特性，必须要探明其内部物理特征。同时，采空
区流场内部数据的实地观测受井下复杂多变的环
境，以及人力物力的巨大投入等条件各种限制的
原因，采空区特征的研究需要另辟蹊径。
在现今实际灾害防治中，采空区存在瓦斯爆
炸和煤自燃事故同时发生的情况，并随着矿井开
采深度加深，事故发生率和严重性都有所提高。
此时采用通风方式防治采空区瓦斯，不仅要解决
瓦斯积聚问题，还要预防采空区漏风等原因造成
的煤层自燃问题。采用通风防治瓦斯积聚的方法
中，偏“Y”型通风方式十分有效，但是在此通风方
式下采空区漏风问题是否会导致采空区自燃，以
及在什么条件下会导致自燃亟待研究，因此，对
偏“Y”型通风系统下的采空区流场和瓦斯浓度场
的研究十分有必要。
为克服流体软件数值模拟准确性有待提高以
及实地现场观测采空区数据复杂困难等问题，同
时更真实展现采空区内实际流场特性，本文选择
在综放采场三维模拟实验台进行偏“Y”型通风方
式相似模拟实验。利用试验台建设初始阶段对真
实采空区架构和条件的模拟，设置不同端压数据，
为矿井采用偏“Y”型通风方式治理采空区瓦斯设
置合理通风参数，为防治采空区瓦斯爆炸和煤层
自燃提供依据。
2 采空区三维流场实验台
所设计模型实验台主要包括模型主体、瓦斯
释放及控制系统、风机动力系统、采样检测系统
等 4 部分。可实现“U”型、“U+L”型、“U+I”型、
“U+L+高抽”、“U+I+高抽”、偏“Y”型、“E”型、“E+I”
型等多种通风方式采空区流场模拟。试验台介绍
见于《一种综放面多种通风方式下的采空区流场
模拟实验装置》[14]。
作者：张帅[1,2]，杨胜强[1,2] ，蔡佳文 [1,2] ，杨兆[1,2]
（1.炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学），江苏徐州 221116；2. 中国矿业大学安全工程学
院，徐州 221116）