采空區(qū)多孔介質(zhì)阻力系數(shù)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于煤礦采空區(qū)內(nèi)部條件的復(fù)雜性和多變性，直接預(yù)埋傳感器測(cè)定采空區(qū)內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)非常困難，而且其成功率和準(zhǔn)確性都比較低。目前對(duì)采空區(qū)的研究主要是通過(guò)示蹤技術(shù)、相似模擬和數(shù)值模擬方法的來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代流場(chǎng)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)越來(lái)越多被應(yīng)用到礦井采空區(qū)的研究中。使用FLUENT數(shù)值模擬采空區(qū)的基本思路是把工作面后部的采空區(qū)看做由遺煤和頂板冒落煤巖體構(gòu)成的不同孔隙率的多孔介質(zhì)區(qū)域，混合氣體在其中的運(yùn)動(dòng)符合質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒

2、和組分質(zhì)量守恒定律，這些控制方程和其他一些附加的標(biāo)量方程（如湍流輸運(yùn)方程）構(gòu)成封閉的方程組，使用有限體積法在計(jì)算域內(nèi)離散控制方程組從而求得整個(gè)流場(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)。
　　 利用FLUENT進(jìn)行采空區(qū)多孔介質(zhì)模擬計(jì)算時(shí)，最核心的問(wèn)題就是確定反應(yīng)實(shí)際物理模型的多孔介質(zhì)阻力系數(shù)。本文基于FLUENT多孔介質(zhì)模型結(jié)合達(dá)西線性滲流定律，分別從X、Y、Z三個(gè)方向總結(jié)分析采空區(qū)上覆巖層沉降垮落的基本規(guī)律，建立能反映采空區(qū)阻力系數(shù)三維連續(xù)分布一般規(guī)律

3、的數(shù)學(xué)模型，并采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)該數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)進(jìn)行討論分析，研究它們對(duì)工作面自由流動(dòng)區(qū)域及采空區(qū)多孔介質(zhì)區(qū)域流場(chǎng)狀態(tài)參數(shù)分布的影響，以期能得到對(duì)采空區(qū)破碎煤巖體堆積狀態(tài)更為準(zhǔn)確的描述。根據(jù)礦井通風(fēng)阻力定律，可以從風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)阻三個(gè)參數(shù)其中任意兩個(gè)確定另外一個(gè)，由此以壓力值作為數(shù)值模擬邊界條件，對(duì)比迭代計(jì)算之后的風(fēng)量，可以作為判斷采空區(qū)多孔介質(zhì)阻力系數(shù)設(shè)定的依據(jù)。
　　 以陽(yáng)煤集團(tuán)寺家莊煤礦15104綜采工作面為例，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)