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        基于Comsol Multiphysics的太平礦六復(fù)采區(qū)流場規(guī)律研究

        2017-11-28 23:29:03趙慶杰吳士坤扈振波王磊
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2017年28期
        關(guān)鍵詞:漏風(fēng)太平采區(qū)

        趙慶杰++吳士坤++扈振波++王磊

        摘 要:本文以太平礦六復(fù)采區(qū)為工程背景,基于Comsol Multiphysics數(shù)值模擬軟件,實現(xiàn)了對太平礦六復(fù)采區(qū)采空區(qū)流場流動規(guī)律的模擬,得出在進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷相連的拐點處,流線密集、漏風(fēng)量大、易發(fā)生火災(zāi);在進(jìn)風(fēng)巷口位置著火的點火源會沿模擬所示流場方向,向采空區(qū)內(nèi)部呈大約45°角蔓延。

        關(guān)鍵詞:采空區(qū) 漏風(fēng)場 流場規(guī)律 Comsol Multiphysics 數(shù)值模擬

        中圖分類號:TD71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)10(a)-0057-02

        采空區(qū)著火問題對煤礦安全生產(chǎn)具有重要影響,各種通風(fēng)方式對采空區(qū)瓦斯流場的影響作用不一,且現(xiàn)場很難直接測定采空區(qū)漏風(fēng)場。徐鈞,戚良鋒利用流體力學(xué)模擬軟件建立了工作面采空區(qū)的二維物理模型,分析了該物理模型下的流場、瓦斯?jié)舛葓龇植?;唐明云,戴廣龍等為得到采空區(qū)的流場分布,基于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論推算得出了采空區(qū)漏風(fēng)阻力系數(shù)模型;王濟(jì)凱,鮑學(xué)彬等對采空區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)及滲透系數(shù)分布情況進(jìn)行了深入研究,建立了采空區(qū)滲流數(shù)學(xué)模型,揭示了采空區(qū)漏風(fēng)流速、壓力的分布規(guī)律。

        本文Comsol Multiphysics基于數(shù)值模擬軟件,模擬了采空區(qū)流場壓力分布與流場流線分布,總結(jié)出了采空區(qū)漏風(fēng)量大、易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域且揭示了太平礦六復(fù)采區(qū)采空區(qū)著火點點火源的蔓延方向。

        1 采空區(qū)滲流控制方程的建立

        受采動和地應(yīng)力的影響,采空區(qū)冒落區(qū)域被遺煤與冒落的巖塊填充,形成了多孔介質(zhì)的通道,假設(shè)采空區(qū)滲流屬于層流運(yùn)動,滿足達(dá)西定律、質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律。

        (1)達(dá)西定律。采空區(qū)二維粘性不可壓縮流體流動的達(dá)西定律可表示為:

        (1)

        式中:、為滲流速度,m/s;、為滲透系數(shù),m/s;P為滲流場壓力,Pa。

        (2)質(zhì)量守恒定律。質(zhì)量守恒定律在二維穩(wěn)定流動條件下可描述為流體微元面積中增加的質(zhì)量等于流入該微元面積的凈質(zhì)量,其表達(dá)式為:

        (2)

        式中:ρ為流體密度,kg/m3。

        2 采空區(qū)模型的建立

        太平礦六復(fù)采區(qū)模型如圖1所示,進(jìn)風(fēng)巷的絕對壓力為1.01060×105Pa,回風(fēng)巷的絕對壓力為1.01×105Pa,工作面各點絕對壓力基本線性變化,圖中所示3條邊界為零通量邊界,采空區(qū)的孔隙率為0.3。進(jìn)風(fēng)巷邊界新增狄氏邊界條件P=r=1.01×105Pa+30+y[1/m];回風(fēng)巷邊界新增狄氏邊界條件P=r=1.01×105Pa+x[1/m]。

        太平礦六復(fù)采區(qū)模型的網(wǎng)格劃分采用映射模式,預(yù)定義為極端細(xì)化,其效果圖如圖2所示。

        3 結(jié)果分析

        4 結(jié)語

        太平礦六復(fù)采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷相連的拐點處,流線密集、漏風(fēng)量大、易發(fā)生火災(zāi);在進(jìn)風(fēng)巷口位置著火的點火源會沿模擬所示流場方向,向采空區(qū)內(nèi)部呈大約45°角蔓延。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 徐鈞,戚良鋒.Y型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯流場數(shù)值模擬研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2010,30(3):29-31.

        [2] 唐明云,戴廣龍,秦汝祥,等.綜采工作面采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律數(shù)值模擬[J].中南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,43(4):1494-1498.

        [3] 盛燕宇.論采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律及瓦斯抽采方法的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012(10):5.

        [4] 王濟(jì)凱,鮑學(xué)彬,丁仰衛(wèi).采空區(qū)漏風(fēng)流場的Fluent數(shù)值模擬[J].山東煤炭科技,2009(1):86-87.endprint

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