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“十三五”期间,我国煤炭行业将继续向整合兼并重组方向调整,特大型煤炭生产基地占据主导地位,特别是特厚煤层矿区。特厚煤层多采用综放开采工艺,开采强度大,能够实现高产高效和集约化生产,但是高强度开采往往伴随着高瓦斯涌出,对于部分地区如山西大同等同时存在坚硬顶板来压期间瓦斯异常涌出的问题,严重影响矿井的安全高效生产。本文针对大同塔山煤矿坚硬顶板综放工作面瓦斯异常涌出的问题,以3-5#煤层为研究对象,通过理论分析,现场实验,数据监测,模拟计算的方法进行了深入的研究,主要研究成果如下:(1)分析了工作面瓦斯来源及来压对瓦斯涌出影响特征,工作面瓦斯由煤壁、采落煤和采空区三部分瓦斯涌出构成,基于高斯烟羽扩散理论建立了瓦斯源项计算模型,结合工作面瓦斯监测数据计算,结果表明,正常回采期间煤壁、落煤和采空区瓦斯涌出各占3.46%、43.89%、52.65%,工作面来压期间煤壁、采落煤和采空区瓦斯涌出各占4.9%、31.58%、63.52%,结合浓度及风量计算来压造成煤壁瓦斯涌出增大1.5~3m3/t,采空区瓦斯涌出增大15~30m3/min;(2)基于空气动力学原理及牛顿第二定律,分析了瓦斯涌出与顶板载荷、采空区高度、顶板面积等影响因素的关系,建立顶板垮落—瓦斯涌出耦合模型,结合工作面顶板垮断规律,借助COMSOL多物理场耦合软件进行了计算分析,结果表明,顶板垮断时,采空区瓦斯大部分将涌入工作面上隅角和高抽巷,其瓦斯浓度短时间内急剧增大后减小,且涌出量的大小与顶板载荷、采空区高度、顶板面积等有着直接关系;上层顶板垮落比下层顶板垮落造成更大量的瓦斯涌出,且上隅角瓦斯浓度变化尤为明显;(3)结合“O”型圈理论分析了采空区裂隙场特征,运用FLUENT模拟分析了采空区瓦斯运移富集规律,采空区瓦斯在水平方向上,由进风一侧向回风一侧逐渐升高,有工作面向采空区深部逐渐升高;从纵向看,由于瓦斯的升浮作用,同一处瓦斯浓度由下到上逐渐增大。采空区瓦斯主要富集采空区深部及回风巷一侧且浓度高于40%,高抽巷改变了采空区瓦斯浓度的分布状况,大量瓦斯通过高抽巷进行排放,同时由于抽采负压作用,有效的降低了回风一侧瓦斯浓度,对回风巷以及上隅角瓦斯浓度起到了良好的控制作用。