考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采數(shù)值模擬

汪騰蛟，聶朝剛，楊小彬，王朋浩

(1.遼寧工程技術大學 礦業(yè)學院，遼寧 阜新 123000；2.神華神東煤炭集團有限責任公司 補連塔煤礦， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209；3.中國礦業(yè)大學(北京)應急管理與安全工程學院，北京 100083)

0 引 言

在礦井安全事故中，由于瓦斯引起的事故危害最大、破壞力最強、造成的后果最嚴重[1-4]，而工作面上隅角處瓦斯最易積聚超限[5]，采空區(qū)的瓦斯通過漏風風流涌向工作面，會導致采空區(qū)上隅角瓦斯大量積聚，從而上隅角瓦斯?jié)舛冗^高，導致一系列危及生命財產(chǎn)安全的事故發(fā)生[6]。瓦斯抽采是解決采空區(qū)上隅角瓦斯大量積聚問題的重要手段，因為采空區(qū)瓦斯抽采的流量較大，具有穩(wěn)定的來源[7-9]，采空區(qū)瓦斯抽采能直接切斷采空區(qū)瓦斯流動路徑，隔離通風盲區(qū)，防止瓦斯超限[10-12]。對工作面采空區(qū)進行瓦斯抽采時，雖然能夠有效控制工作面瓦斯超限，但同時也會加速采空區(qū)遺煤的自燃[13-15]。由于采空區(qū)遺煤在自然狀態(tài)下會消耗氧氣釋放熱量，在采空區(qū)內(nèi)部形成溫度場。對采空區(qū)進行瓦斯抽采會導致采空區(qū)內(nèi)壓力場的變化，進而影響采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動。采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動變化會影響采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛取⒀鯕鉂舛群蜌怏w溫度的分布情況。

在采空區(qū)流場數(shù)學模型的建立上，章夢濤等[16]將工作面和采空區(qū)視為不同的多孔介質，利用Darcy滲流定律建立了統(tǒng)一的采空區(qū)流場數(shù)學模型，利用有限單元法的基本思想進行了離散與求解；李宗翔等[17-20]利用空氣和瓦斯混合氣體滲流-擴散方程，建立了二維坐標系下的非均質狀態(tài)的采空區(qū)流場數(shù)學模型，并結合現(xiàn)場觀測對模擬結果進行了描述；王真等[21]利用Darcy滲流定律，建立了采空區(qū)流場數(shù)學模型，通過對數(shù)學模型的各種邊值問題進行求解，分析得到采空區(qū)內(nèi)氣體的流動狀態(tài)。以上學者取得了關于采空區(qū)瓦斯抽采研究的豐碩成果，但對考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采多場耦合數(shù)學模型研究甚少，未能考慮抽采引起漏風，漏風加劇遺煤氧化升溫，氧化升溫引起采空區(qū)氣體壓力場發(fā)生改變，壓力場引起氣體濃度場改變，濃度場的變化又會引起溫度場的變化。

為此，筆者考慮采空區(qū)瓦斯抽采前后引起采空區(qū)溫度場的變化，分析建立考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采多物理場耦合數(shù)學模型，離散數(shù)學模型并編制計算機解算軟件，模擬U型通風方式下采空區(qū)深埋管瓦斯抽采物理模型，分析采空區(qū)瓦斯抽采前后的壓力、瓦斯?jié)舛?、氧濃度、固體溫度和氣體溫度分布情況及變化趨勢，其結果可為采空區(qū)瓦斯抽采優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 采空區(qū)瓦斯抽采多場耦合理論

在采空區(qū)內(nèi)部，存在壓力場、流場、氣體濃度場和溫度場的多場耦合作用，若有某一場的物理量發(fā)生變化，則其他場的物理量將相應地發(fā)生改變。如果對采空區(qū)內(nèi)部進行瓦斯抽采，將會發(fā)生以下變化：①對采空區(qū)進行瓦斯抽采會引起采空區(qū)內(nèi)壓力場的變化，進而影響采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動；②漏風風流的流動變化會影響采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛?、氧氣濃度和氣體溫度的分布情況；③氧氣濃度的變化會引起采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化放熱變化，即影響采空區(qū)內(nèi)固體溫度分布變化；固體溫度變化會引起采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化耗氧量的變化，進而影響采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度的分布情況；④采空區(qū)內(nèi)固體溫度的變化會引起采空區(qū)內(nèi)氣體和固體的換熱量的變化，進而影響采空區(qū)內(nèi)氣體溫度的分布情況；氣體溫度的變化又會引起采空區(qū)內(nèi)氣體和固體的換熱量的變化，進而影響采空區(qū)內(nèi)固體溫度的分布情況；⑤采空區(qū)內(nèi)氣體溫度的變化還會引起氣體密度的變化，進而影響流場的分布情況，即影響漏風風流的流動，進而影響瓦斯?jié)舛?、氧氣濃度和氣體溫度的分布情況。采空區(qū)瓦斯抽采多場耦合理論關系如圖1所示。

圖1 采空區(qū)瓦斯抽采多場耦合關系Fig.1 Multi-field coupling relationship of gas drainage in goaf

2 考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采的多場耦合數(shù)學模型

垮落煤巖的采動孔隙通常比其原有孔隙大，所以采空區(qū)內(nèi)氣體一般認為是在垮落煤巖的采動孔隙里滲流[22-24]，而且采空區(qū)內(nèi)垮落煤巖的滲透率會呈現(xiàn)“O”形圈的分布[25]。

2.1 采空區(qū)流場平衡方程及邊界條件

筆者選取的計算區(qū)域，其采空區(qū)深度即x軸方向上的長度為300 m，工作面長度即y軸方向上的長度為200 m，同時對邊界條件進行劃分，如圖2所示。

圖2 流場計算區(qū)域和邊界條件Fig.2 Calculate area and boundary conditions of flow field

根據(jù)Darcy滲流定律和壓力勢函數(shù)P，依據(jù)質量守恒定律可得平衡方程表達式為

(1)

式中：K為采空區(qū)內(nèi)多孔介質的氣體滲透系數(shù)，m/s；g為重力加速度，m/s2；p為采空區(qū)內(nèi)氣體的壓力，Pa；ρ為采空區(qū)內(nèi)氣體的密度，kg/m3；α為采空區(qū)所屬煤層傾角，(°)；S為控制體的單位面積，m2；Γ為二維流場控制體；ρCH4為瓦斯的密度，kg/m3；qv為采空區(qū)內(nèi)遺煤的瓦斯解吸速率，m3/(s·kg)；ρm為采空區(qū)內(nèi)遺煤的密度，kg/m3。

邊界條件為

式中：P(x,y)為邊界上各個位置的氣體壓力組成的已知函數(shù)；Γ1為第1類邊界條件。

2.2 采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓銎胶夥匠碳斑吔鐥l件

基于Fick擴散定律和質量守恒定律，確定單位時間控制體內(nèi)瓦斯含量的變化量等于漏風風流流入流出控制體時帶入帶出的瓦斯量之差、由于擴散運動而流入流出控制體的瓦斯量之差、控制體內(nèi)的遺煤的瓦斯解吸量三者之和。即

(2)

式中：cCH4為采空區(qū)內(nèi)瓦斯的質量濃度，kg/m3；vx和vy分別為采空區(qū)內(nèi)氣體在x方向上和y方向上的滲流速度，m/s；n為采空區(qū)內(nèi)多孔介質的孔隙率，%；DCH4為采空區(qū)內(nèi)瓦斯的擴散系數(shù)，m2/s。

采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓龅挠嬎銋^(qū)域與采空區(qū)流場的計算區(qū)域相同，其邊界條件劃分如圖3所示。考慮到Γ1邊界上、下2段的風流方向不同，故將其分為Γs和Γx兩個邊界。

圖3 瓦斯?jié)舛葓鲇嬎銋^(qū)域和邊界條件Fig.3 Area and boundary conditions of gas concentration field

邊界條件有

式中，Γx為邊界視為第1類邊界條件。

2.3 采空區(qū)氧氣濃度場平衡方程及邊界條件

根據(jù)質量守恒定律可知：單位時間內(nèi)，控制體內(nèi)氧氣含量的變化量等于漏風風流流入流出控制體時導致的氧氣量之差、氧氣擴散時導致的氧氣量之差、控制體內(nèi)的遺煤的氧化耗氧量三者之和。即：

(3)

式中：cO2為采空區(qū)內(nèi)氧氣的質量濃度，kg/m3；DO2為采空區(qū)內(nèi)氧氣的擴散系數(shù)，m2/s；u(t)為單位時間內(nèi)單位體積的采空區(qū)內(nèi)遺煤的耗氧量，kg/(s·m3)。

采空區(qū)氧濃度場的計算區(qū)域與采空區(qū)流場的計算區(qū)域相同，其邊界條件劃分同采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓鲆恢?。邊界條件為

式中：cO2(x,y)為邊界上各個位置的氧氣質量濃度組成的已知函數(shù)，Γx邊界視為第一類邊界條件。

2.4 采空區(qū)固體溫度場平衡方程及邊界條件

根據(jù)Fourier導熱定律和能量守恒定律得控制體內(nèi)固體能量的變化量等于控制體內(nèi)導入導出固體的熱量差加上控制體內(nèi)采空區(qū)遺煤的氧化放熱量減去控制體內(nèi)氣固兩項間的對流換熱量。即：

(4)

式中：qsx、qsy分別為采空區(qū)內(nèi)固體顆粒在x方向上和y方向上的熱流密度，W/m2；Ts為采空區(qū)內(nèi)固體顆粒的溫度，K；Se為控制體的比表面積，m-1；q(t)為單位時間內(nèi)單位體積的采空區(qū)內(nèi)遺煤的氧化放熱量，W/m3；Ke為采空區(qū)內(nèi)固體顆粒和氣體的對流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Tg為采空區(qū)內(nèi)氣體的溫度，K；v0為工作面的推進速度，m/s；ρs為采空區(qū)內(nèi)固體顆粒的密度，kg/m3；Cs為采空區(qū)內(nèi)固體顆粒的比熱容，J/(kg·K)。

由于采空區(qū)內(nèi)固體不僅在采空區(qū)內(nèi)部進行熱量交換，還會和采空區(qū)上下邊界附近的煤體進行熱量交換，所以對采空區(qū)固體溫度場進行計算時，上下邊界需要拓展至熱流密度為0處。本文中采空區(qū)固體溫度的計算區(qū)域和其邊界條件劃分如圖4所示。

圖4 固體溫度場計算區(qū)域和邊界條件Fig.4 Calculation area and boundary conditions of solid temperature field

對于Γx邊界，其位于液壓支架后端，各點的固體視為剛剛垮落的煤巖，其溫度可以直接使用儀器測得，視為第1類邊界條件；對于Γ7、Γ8邊界，邊界上各點在y方向上的熱流通量為0；對于Γs、Γ4、Γ5、Γ6、Γ9、Γ10邊界，邊界上各點在x方向上的熱流通量為0，有

式中，ts(x,y)為邊界上各個位置的固體溫度組成的已知函數(shù)。

2.5 采空區(qū)氣體溫度場平衡方程及邊界條件

根據(jù)Fourier導熱定律和能量守恒定律得到采空區(qū)氣體溫度場平衡方程為

(5)

式中：qgx、qgy分別為采空區(qū)內(nèi)氣體在x方向上和y方向上的熱流密度，W/m2；Cg為采空區(qū)內(nèi)氣體的比熱容，J/(kg·K)。

采空區(qū)氣體溫度場的計算區(qū)域與采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓龅挠嬎銋^(qū)域與邊界條件相同。

邊界條件為

式中，tg(x,y)為邊界上各個位置的氣體溫度組成的已知函數(shù)。

2.6 考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采的多場耦合數(shù)學模型

采空區(qū)瓦斯抽采時會受到采空區(qū)內(nèi)多個物理場耦合作用的影響，將這幾個場的數(shù)學模型進行聯(lián)立,得到考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采的多場耦合數(shù)學模型：

邊界條件為：

3 考慮溫度變化的采空區(qū)瓦斯抽采模型的離散化

3.1 網(wǎng)格劃分

采用“先矩形后三角形”的網(wǎng)格劃分方法，同時根據(jù)計算區(qū)域的實際情況，在狀態(tài)變化劇烈的位置進行密集劃分、變化平緩的位置進行稀疏劃分，其中靠近工作面中軸線處較密集，靠近采空區(qū)上下邊界處較稀疏。具體劃分情況如圖6所示。

筆者采取從下到上、從左到右的編號原則對計算區(qū)域內(nèi)的各個節(jié)點和單元進行編號。

圖6 計算區(qū)域的網(wǎng)格劃分情況Fig.6 Meshing situation of calculation area

3.2 平衡方程離散

筆者根據(jù)插值函數(shù)三角形單元對平衡方程和邊界條件進行離散。假設計算區(qū)域內(nèi)壓力是關于x和y的一次函數(shù)。在計算區(qū)域內(nèi)任取一個三角形單元，設其壓力為P，關聯(lián)的3個節(jié)點的壓力為Pi、Pj和Pm，那么可以得到

(6)

式中：ai=xjym-xmyj；aj=xmyi-xiym；am=xiyj-xjyi；bi=yj-ym；bj=ym-yi；bm=yi-yj；ci=xj-xm；cj=xi-xm；cm=xj-xi；xi、xj、xm分別為關聯(lián)的3個節(jié)點i、j、m的橫坐標值；yi、yj、ym分別為關聯(lián)的3個節(jié)點i、j、m的縱坐標值。

3.2.1 采空區(qū)流場平衡方程離散

采空區(qū)流場平衡方程離散結果表示為

3.2.2 采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓銎胶夥匠屉x散

采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓銎胶夥匠屉x散結果表示為

(8)

3.2.3 采空區(qū)氧氣濃度場平衡方程離散

采空區(qū)氧氣濃度場平衡方程離散結果表示為

(9)

3.2.4 采空區(qū)固體溫度場平衡方程離散

采空區(qū)固體溫度場平衡方程離散表示為

(10)

3.2.5 采空區(qū)氣體溫度場平衡方程離散

采空區(qū)氣體溫度場平衡方程離散表示為：

(11)

4 程序解算結果

基于Microsoft Visual Basic平臺編制數(shù)值模擬系統(tǒng)，建立的模型計算區(qū)域為采空區(qū)深度300 m，工作面長度200 m，工作面傾角0°，工作面通風阻力33.8 Pa，進風流溫度20.0 ℃，回風流溫度25.0 ℃，原始巖溫23.1 ℃，推進速度設置為3.6 m/d，抽采負壓(抽采口壓力與采空區(qū)上隅角壓力的差值)設置為-4 Pa，抽采點深度設置為30 m，計算模型的初始值及其他相關參數(shù)如下：

瓦斯密度/(kg·m-3)0.7168遺煤密度/(kg·m-3)1410單位面積瓦斯涌出量/(mol·m-1·s-1)0.0000287煤層原始壓力/MPa1.5進、回風巷的壓差/Pa15瓦斯擴散系數(shù)常數(shù)200氧氣擴散影響系數(shù)150空氣的動力黏性系數(shù)/(Pa·s)0.00001834空氣的比熱容/(J·kg-1·K-1)1010遺煤比熱容/(J·kg-1·K-1)1200空氣的導熱系數(shù)/(W·m-1·K-1)0.0251煤的導熱系數(shù)/(W·m-1·K-1)0.9對流換熱系數(shù)/(W·m2·K-1)0.08溫度耗氧速度系數(shù)a16.9381溫度耗氧速度指數(shù)b10.0338溫度放熱強度系數(shù)e127.825溫度放熱強度指數(shù)f10.0316初始滲透率/m22×10-14

最后代入到程序中進行求解計算，利用Tecplot軟件對求解結果進行可視化。

4.1 壓力分布

采空區(qū)壓力場的分布情況影響著漏風風流在采空區(qū)內(nèi)的流動情況。設置好程序中的具體參數(shù)，求解可以得到進行瓦斯抽采前后的壓力場分布情況，如圖7所示。

圖7 壓力分布Fig.7 Pressure distribution

由圖7知，采空區(qū)氣體壓力的分布具有明顯特征：在進行瓦斯抽采前，采空區(qū)下隅角處存在明顯的氣體高壓區(qū)，氣體壓力從此處呈輻射狀逐漸降低，在采空區(qū)深度方向上，其變化趨勢較慢；采空區(qū)上隅角處存在明顯的氣體低壓區(qū)，氣體壓力從此處呈輻射狀逐漸升高，同樣的，在采空區(qū)深度方向上，其變化趨勢較慢。在進行瓦斯抽采后，氣體高壓區(qū)依舊存在于采空區(qū)下隅角處，而在抽采點處，由于抽采負壓的存在，氣體低壓區(qū)在此處形成；氣體壓力從高壓區(qū)呈輻射狀向低壓區(qū)逐漸降低，同樣地在采空區(qū)深度方向上，氣體壓力變化趨勢較慢。

4.2 瓦斯?jié)舛确植?/h3>

程序主要是對采空區(qū)瓦斯抽采的數(shù)值模擬，程序求解得到的瓦斯抽采后的瓦斯?jié)舛葓龇植记闆r，如圖8所示。由圖8知，采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊姆植纪瑯泳哂忻黠@特征。

在進行瓦斯抽采前，采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊姆植记闆r受采空區(qū)內(nèi)漏風風流流動的影響。工作面進風巷新鮮風流從采空區(qū)下隅角流入采空區(qū)，帶著一部分瓦斯從采空區(qū)上隅角流出采空區(qū)涌向工作面，造成采空區(qū)下隅角位置的瓦斯?jié)舛容^低，在采空區(qū)上隅角位置上瓦斯體積分數(shù)較高，達到7.0%，瓦斯?jié)舛葟南掠缃俏恢孟蛏嫌缃俏恢贸瘦椛錉钪饾u降低；由于采空區(qū)深處的垮落煤巖逐漸被壓實，基本不存在流動風流，所以采空區(qū)深處的瓦斯體積分數(shù)高于近工作面的位置處，且瓦斯體積分數(shù)會隨著采空區(qū)深度的增大而逐漸升高，最高達到16.0%。在進行瓦斯抽采后，采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動會受到瓦斯抽采的影響，所以采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊姆植家渤霈F(xiàn)相應的變化。采空區(qū)上隅角位置上的瓦斯?jié)舛却蠓档?，這說明從采空區(qū)上隅角流出采空區(qū)涌向工作面的瓦斯量大幅降低，大部分瓦斯被從抽采點位置抽出。因為采空區(qū)深處的垮落煤巖逐漸被壓實，基本不存在流動風流，所以采空區(qū)深部的瓦斯體積分數(shù)受抽采的影響較小，但依舊高于采空區(qū)靠近工作面的位置處，且瓦斯體積分數(shù)會隨著采空區(qū)深度的增大而逐漸升高，深部最大值降為13.0%。

圖8 瓦斯?jié)舛确植糉ig.8 Gas concentration distribution

4.3 氧氣濃度分布

圖9 氧氣濃度分布Fig.9 Oxygen concentration distribution

程序求解得到的進行瓦斯抽采前后的氧濃度場分布情況，如圖9所示。由圖9可知，采空區(qū)氧氣濃度的分布同樣具有明顯特征：在瓦斯抽采前，采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度的分布情況受采空區(qū)內(nèi)漏風風流流動的影響。工作面進風巷新鮮風流攜帶著氧氣從采空區(qū)下隅角流入采空區(qū)、從采空區(qū)上隅角流出采空區(qū)，所以在采空區(qū)下隅角位置上氧氣濃度較高、在采空區(qū)上隅角位置上氧氣濃度較低，氧氣濃度從下隅角向上隅角呈輻射狀逐漸降低；因為采空區(qū)深處的垮落煤巖逐漸被壓實，基本不存在流動風流，所以采空區(qū)深處的氧氣濃度會比采空區(qū)靠近工作面的位置處的氧氣濃度低，且氧氣濃度會隨著采空區(qū)深度的增大而逐漸降低。在瓦斯抽采后，采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動會受到瓦斯抽采的影響，所以采空區(qū)氧氣濃度的分布也出現(xiàn)相應的變化。采空區(qū)淺部(0～100 m)各個位置的氧氣濃度都有所升高，而采空區(qū)深部(100～300 m)各個位置的氧氣濃度基本保持不變。這是因為采空區(qū)淺部的滲透率較大，抽采負壓對采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動的影響較明顯；而采空區(qū)深部的冒落煤巖逐漸被壓實，基本不存在流動風流，所以采空區(qū)深處的氧氣濃度受抽采的影響較小。

4.4 固體溫度分布

圖10 固體溫度分布Fig.10 Solid temperature distribution

程序求解得到的進行瓦斯抽采前后的固體溫度場分布情況，如圖10所示。由圖10知，采空區(qū)固體溫度的分布同樣具有明顯特征：在瓦斯抽采前，進風巷新鮮風流從采空區(qū)下隅角流入采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)遺煤與漏風風流中的氧氣發(fā)生氧化反應放出大量熱量。由圖10可知，采空區(qū)下隅角位置比上隅角位置的氧氣濃度高，加之采空區(qū)深部幾乎無風流流動，采空區(qū)內(nèi)遺煤放出的熱量繼續(xù)積聚形成高溫區(qū)，固體溫度向四周呈輻射狀降低。在瓦斯抽采后，采空區(qū)內(nèi)漏風風流的流動會受到瓦斯抽采的影響，采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度的分布發(fā)生變化，最終導致采空區(qū)固體溫度的分布也出現(xiàn)相應的變化。在瓦斯抽采的影響下，采空區(qū)內(nèi)固體高溫區(qū)的范圍擴大，高溫區(qū)的溫度升高，從數(shù)值上看，采空區(qū)內(nèi)各點的固體溫度均比抽采前的固體溫度高2 ℃。

4.5 氣體溫度分布

圖11 氣體溫度分布Fig.11 Air temperature distribution

程序求解得到瓦斯抽采前后的氣體溫度場分布情況，如圖11所示。由圖11可知，采空區(qū)氣體溫度的分布同樣具有明顯特征：在瓦斯抽采前，工作面進風巷新鮮風流從采空區(qū)下隅角流入采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)遺煤會與漏風風流中的氧氣發(fā)生氧化反應放出大量熱量。而采空區(qū)內(nèi)氣體會與固體進行對流換熱，所以采空區(qū)內(nèi)氣體溫度的分布與固體溫度的分布大致相似，都會形成高溫區(qū)。氣體溫度由高溫區(qū)向四周呈輻射狀降低。在瓦斯抽采后，采空區(qū)內(nèi)固體溫度的分布出現(xiàn)相應的變化，這樣采空區(qū)內(nèi)氣體溫度的分布也會發(fā)生變化。在瓦斯抽采的影響下，采空區(qū)內(nèi)氣體高溫區(qū)的范圍擴大，高溫區(qū)的溫度升高，從數(shù)值上看，采空區(qū)內(nèi)各點的氣體溫度均比抽采前的氣體溫度高2 ℃。

5 結 論

1)瓦斯抽采前，下隅角附近存在明顯的氣體高壓區(qū)并且向四周逐漸降低，上隅角附近存在明顯的氣體低壓區(qū)并且向四周逐漸升高，氣體壓力在采空區(qū)深度方向變化趨勢緩慢；瓦斯抽采后，下隅角附近依舊存在氣體高壓區(qū)，而在抽采點處形成氣體低壓區(qū)，氣體壓力在采空區(qū)深度方向依舊變化趨勢緩慢。

2)瓦斯抽采前，采空區(qū)下隅角附近的瓦斯?jié)舛容^低，采空區(qū)上隅角附近的瓦斯?jié)舛容^高，瓦斯?jié)舛葟南掠缃窍蛏嫌缃侵饾u降低，采空區(qū)深處的瓦斯?jié)舛葧炔煽諈^(qū)靠近工作面置處的瓦斯?jié)舛雀?；瓦斯抽采后，采空區(qū)上隅角附近的瓦斯?jié)舛却蠓档?，而采空區(qū)深處的瓦斯受抽采的影響較小，濃度依舊高于采空區(qū)近工作面位置處。

3)瓦斯抽采前，采空區(qū)下隅角附近的氧氣濃度較高，采空區(qū)上隅角附近的氧氣濃度較低，氧氣濃度從下隅角向上隅角逐漸降低，采空區(qū)深處的氧氣濃度低于采空區(qū)靠近工作面位置處；瓦斯抽采后，采空區(qū)淺部(0～100 m)各個位置的氧氣濃度都有所升高，而采空區(qū)深部(100～300 m)各個位置的氧氣濃度基本保持不變。

4)瓦斯抽采前，在采空區(qū)漏入風側存在明顯的固體和氣體高溫區(qū)，并且溫度由此處向四周逐漸降低；瓦斯抽采后，高溫區(qū)依舊形成于采空區(qū)漏入風側，但高溫區(qū)的范圍有所擴大，從數(shù)值上看，采空區(qū)內(nèi)固體和氣體溫度最大值有所升高，要比抽采前高2 ℃。