采空区多孔介质阻力系数的数值模拟的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文UlIlllIIIIY2395496采空区多孔介质阻力系数的数值模拟研究摘要由于煤矿采空区内部条件的复杂性和多变性,直接预埋传感器测定采空区内各项参数非常困难,而且其成功率和准确性都比较低。目前对采空区的研究主要是通过示踪技术、相似模拟和数值模拟方法的来实现。随着现代流场理论和计算机技术的发展,数值模拟技术越来越多被应用到矿井采空区的研究中。使用FLUENT数值模拟采空区的基本思路是把工作面后部的采空区看做由遗煤和顶板冒落煤岩体构成的不同孔隙率的多孔介质区域,混合气体在其中的运动符合质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分质量守恒定律,这些控制方程和其他一些附加的标量方程(如湍流输运方程)构成封闭的方程组,使用有限体积法在计算域内离散控制方程组从而求得整个流场的状态参数。利用FLUENT进行采空区多孔介质模拟计算时,最核心的问题就是确定反应实际物理模型的多孔介质阻力系数。本文基于FLUENT多孔介质模型结合达西线性渗流定律,分别从x、Y、z三个方向总结分析采空区上覆岩层沉降垮落的基本规律,建立能反映采空区阻力系数三维连续分布一般规律的数学模型,并采用数值模拟技术对该数学模型中各参数进行讨论分析,研究它们对工作面自由流动区域及采空区多孔介质区域流场状态参数分布的影响,以期能得到对采空区破碎煤岩体堆积状态更为准确的描述。根据矿井通风阻力定律,可以从风量、风压、风阻三个参数其中任意两个太原理工大学硕士研究生学位论文确定另外一个,由此以压力值作为数值模拟边界条件,对比迭代计算之后的风量,可以作为判断采空区多孔介质阻力系数设定的依据。以阳煤集团寺家庄煤矿15104综采工作面为例,在现场实测数据的基础上应用采空区阻力系数模型分析工作面和采空区耦合流场状态及采空区瓦斯运移规律,针对抽放形式的不同验证瓦斯综合治理措施的有效性。关键词:采空区;数值模拟:plexityandvariabilityofthecoalgoafinside,measuringthegoafparametersbyembeddingsensorsdirectlyisverydifficult,,),,ordwiththelawofmassconservation,momentumconservation,ponentmassconservation,thesecontrolequationsandsomeotheradditionalscalarequations(.,turbulenttransportequation)constituteaclosedequationset,,,thepapersummarizesandanalyzesthebasicrulesofgoafcavingoverburdensubsidencefromtheX,Y,Zthreedirections,establishamathematicalmodelthatcanreflectthegeneralruleofgoafresistancecoefficient3Dcontinuousdistribution,andusesthenumericalsimulationtechnologytodiscussandanalyzetheparametersinthemathematicalmodel,andstudiestheparameters’effectonthestateparametersdistributioninworkingfaceandgoaffreefieldflo