基于Comsol Multiphysics的太平礦六復采區流場規律研究

趙慶杰++吳士坤++扈振波++王磊

摘 要：本文以太平礦六復采區為工程背景，基于Comsol Multiphysics數值模擬軟件，實現了對太平礦六復采區采空區流場流動規律的模擬，得出在進風巷與回風巷相連的拐點處，流線密集、漏風量大、易發生火災；在進風巷口位置著火的點火源會沿模擬所示流場方向，向采空區內部呈大約45°角蔓延。

關鍵詞：采空區 漏風場 流場規律 Comsol Multiphysics 數值模擬

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

采空區著火問題對煤礦安全生產具有重要影響，各種通風方式對采空區瓦斯流場的影響作用不一，且現場很難直接測定采空區漏風場。徐鈞，戚良鋒利用流體力學模擬軟件建立了工作面采空區的二維物理模型，分析了該物理模型下的流場、瓦斯濃度場分布；唐明云，戴廣龍等為得到采空區的流場分布，基于通風網絡理論推算得出了采空區漏風阻力系數模型；王濟凱，鮑學彬等對采空區孔隙結構及滲透系數分布情況進行了深入研究，建立了采空區滲流數學模型，揭示了采空區漏風流速、壓力的分布規律。

本文Comsol Multiphysics基于數值模擬軟件，模擬了采空區流場壓力分布與流場流線分布，總結出了采空區漏風量大、易發生火災的區域且揭示了太平礦六復采區采空區著火點點火源的蔓延方向。

1 采空區滲流控制方程的建立

受采動和地應力的影響，采空區冒落區域被遺煤與冒落的巖塊填充，形成了多孔介質的通道，假設采空區滲流屬于層流運動，滿足達西定律、質量守恒定律、動量守恒定律。

（1）達西定律。采空區二維粘性不可壓縮流體流動的達西定律可表示為：

（1）

式中：、為滲流速度，m/s；、為滲透系數，m/s；P為滲流場壓力，Pa。

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

（2）

式中：ρ為流體密度，kg/m3。

2 采空區模型的建立

太平礦六復采區模型如圖1所示，進風巷的絕對壓力為1.01060×105Pa，回風巷的絕對壓力為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，采空區的孔隙率為0.3。進風巷邊界新增狄氏邊界條件P=r=1.01×105Pa+30+y[1/m]；回風巷邊界新增狄氏邊界條件P=r=1.01×105Pa+x[1/m]。

太平礦六復采區模型的網格劃分采用映射模式，預定義為極端細化，其效果圖如圖2所示。

3 結果分析

4 結語

太平礦六復采區進風巷與回風巷相連的拐點處，流線密集、漏風量大、易發生火災；在進風巷口位置著火的點火源會沿模擬所示流場方向，向采空區內部呈大約45°角蔓延。

參考文獻

[1] 徐鈞，戚良鋒.Y型通風采空區瓦斯流場數值模擬研究[J].安徽理工大學學報：自然科學版，2010，30（3）：29-31.

[2] 唐明云，戴廣龍，秦汝祥，等.綜采工作面采空區漏風規律數值模擬[J].中南大學學報：自然科學版，2012，43（4）：1494-1498.

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[4] 王濟凱，鮑學彬，丁仰衛.采空區漏風流場的Fluent數值模擬[J].山東煤炭科技，2009（1）：86-87.endprint