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

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