引  言

煤矿生产中，瓦斯和煤自燃是复合型自然灾害，其灾害的严重性和治理难度逐渐增加，瓦斯抽采技术虽能解决瓦斯超限问题，但因增大采空区漏风可能导致煤自燃；煤自燃又有可能引起瓦斯爆炸，造成严重的灾害事故，故该复合灾害严重威胁矿井安全高效生产。因此，许多专家学者对瓦斯和煤自燃复合灾害防治进行研究：王继仁、张英等^[1]运用数值模拟从三维立体角度研究立体联合瓦斯抽采方法对解决西铭矿生产中因不同瓦斯抽采方法可能引起重大灾害隐患问题的作用；冯雪^[2]以大佛寺煤矿40108工作面为研究对象，分析不同垂距和平距下高抽巷抽采瓦斯时对采空区自燃危险性的影响，以确定其高抽巷的最佳位置；杨胜强、秦毅等^[3]结合阳泉矿区石港矿实际情况，采用实验室试验、理论分析和现场实测方法研究高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理；周爱桃等^[4]运用Fluent 软件分析工作面风量、不同瓦斯治理参数与氧化带宽度的关系，并通过现场实测数据表明模拟的可靠性；褚廷湘、余明高等^[5]以耿村矿13190工作面为例，从煤自燃形成机理角度，采用理论分析、数值模拟和现场测试，得出巷道瓦斯抽采增加高瓦斯易自燃煤层的自燃风险；李宗翔^[6]开发G3程序(有限元数值方法)求解在煤耗氧和瓦斯涌出共同环境下采空区瓦斯一氧浓度及温度的分布；周福宝等^[7][8]研究瓦斯与煤自燃共存的致灾机理和防治新技术。以上大多学者主要集中研究瓦斯抽采作用下，对采空区发火的影响，未考虑通风方式对防治复合灾害的影响；在数值模拟中仅分析采空区瓦斯和氧浓度分布规律，未引入温度场来分析温度对采空区防火的重要性。

本文运用Fluent数值模拟软件，以南山矿33183综放面为例，研究在不同通风方式下采空区流场分布、瓦斯和氧浓度分布、温度场分布角度综合分析合理通风方式；并在满足工作面所需风量前提下，模拟不同风量的氧浓度、温度场分布情况，确定合理通风量以控制遗煤自燃威胁；并通过现场进行验证，为类似矿井安全生产提供依据。

1  数学模型建立

采空区气体在多孔介质中流动需遵循相关基本控制方程，主要包括连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程、状态方程，本文采用理论推导并对重力作用进行修正，则在巷道及采空区多孔介质区域气体渗流控制方程如下^[9]：

式中：—多孔介质孔隙率；—流体框架质量密度，kg/m³；—固体框架质量密度，kg/m³；—哈密顿算子；—流体在多孔介质中渗流速度，m/s；—瓦斯质量源项，kg/m³·s^-1；—应力张量；Ef—流体框架总能量，J；Es—固体框架总能量，J；p—压强，Pa；keff—有效导热系数；—组分i的扩散通量；T—温度，k；—等效应力张量；S—多孔介质中风流运移过程中附加的动量损失源项。对各向同性多孔介质

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