矿井巷道透水致灾因素分析及CFX模拟
发布时间：2021-01-18 06:44
矿井透水事故造成了大量的人员伤亡和巨大的经济损失，严重制约了矿山企业的发展。透水事故严重度受到矿井透水水流流动状况的影响，分析透水水流流动的影响因素并量化其程度，是矿山防治水工作的重要依据之一。从内因与外因的角度进行了巷道涌水过程的致灾因素分析，发现透水速度、透水量、透水方式等内因与巷道断面参数、透水位置、巷道布置方式等外因为影响透水水流流动状况的主要因素。结合单巷道和交岔巷道的涌水特征，构建了单巷道透水模型和交岔巷道透水模型，并基于计算流体力学理论进行了数值模拟，研究了巷道断面形状、透水位置、透水初速度对单巷道透水水流流动的影响及交岔角度、透水初速度、水流流动方向对交岔巷道透水水流流动的影响。结果显示，巷道断面形状的变化对透水水流流动无影响，透水位置可影响出口流量的分配及出水时间、稳定时间的长短，透水初速度对流量的大小及分布、出水时间与稳定时间的长短、水压的大小及分布起着决定作用，巷道交岔角对交岔巷道内流量分配无影响，交岔角大的巷道其出水时间、稳定时间较长，当速度较低时尤为明显，透水水流的流动方向对交岔巷道中流量的分配有直接影响，顺着流线的出水口的流量远大于逆着流线的出水口的流量。
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001~2009年事故起数及死亡人数统计图
武汉科技大学硕士学位论文 第 19 页连续流体。计算域内参考压力设为 1atm，考虑重力，浮力参考密度为 1.185kg/m3。多相流模型选用均相流模型，自由表面模型设为“标准”，三心拱断面巷道的湍流模型选为 RNG k-ε双方程模型，矩形断面巷道的湍流模型为标准 k-ε 双方程模型，近壁面湍流处理均采用Scalable 壁面函数法。目前已发生的矿井透水事故透水量一般为 5~200m3/min，根据巷道断面面积，设定入口速度为 5m/s，水和空气的体积分数采用 CEL 函数表达式设定为：在 2.5m液面以下，水体积分数为 1（全部为水）；在 2.5m液面以上，空气体积分数为 1（全部为空气）。静压出口，参考压力为 0 Pa。其余边界均设为无滑移光滑壁面。对流项采用高阶离散格式，湍流方程采用二阶迎风离散格式。采用自动时间步长选项，收敛控制的最大循环系数设定为 5。残差控制类型选为收敛平均残差（RMS）目标值设为0.0001。3.2.2 数值计算结果分析（1）流动时间
武汉科技大学硕士学位论文 第 19 页连续流体。计算域内参考压力设为 1atm，考虑重力，浮力参考密度为 1.185kg/m3。多相流模型选用均相流模型，自由表面模型设为“标准”，三心拱断面巷道的湍流模型选为 RNG k-ε双方程模型，矩形断面巷道的湍流模型为标准 k-ε 双方程模型，近壁面湍流处理均采用Scalable 壁面函数法。目前已发生的矿井透水事故透水量一般为 5~200m3/min，根据巷道断面面积，设定入口速度为 5m/s，水和空气的体积分数采用 CEL 函数表达式设定为：在 2.5m液面以下，水体积分数为 1（全部为水）；在 2.5m液面以上，空气体积分数为 1（全部为空气）。静压出口，参考压力为 0 Pa。其余边界均设为无滑移光滑壁面。对流项采用高阶离散格式，湍流方程采用二阶迎风离散格式。采用自动时间步长选项，收敛控制的最大循环系数设定为 5。残差控制类型选为收敛平均残差（RMS）目标值设为0.0001。3.2.2 数值计算结果分析（1）流动时间
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统工程方法建设应急救援平台的探讨[J]. 王琴,叶义成,何衍兴,蒋瑛. 工业安全与环保. 2011(04)
[2]“下三带”理论和“P-h”临界曲线法预测底板突水[J]. 李万军,杨家兵. 煤矿开采. 2010(05)
[3]无断层底板关键层破断后的稳定性分析[J]. 林远东,涂敏. 矿业工程研究. 2010(02)
[4]我国矿山透水事故的统计分析及安全管理对策[J]. 邢冬梅,叶义成,赵雯雯. 金属矿山. 2010(06)
[5]深井厚煤层综放开采底板突水数值模拟研究[J]. 张治高,任艳芳,赵荣学. 煤矿开采. 2009(06)
[6]矿井防治水实用技术研究[J]. 张振. 科技信息. 2009(33)
[7]煤矿水害原因分析及防治技术[J]. 白玉杰. 煤炭技术. 2009(11)
[8]流固耦合模型用于陷落柱突水的数值模拟研究[J]. 朱万成,魏晨慧,张福壮,杨天鸿. 地下空间与工程学报. 2009(05)
[9]峰峰五矿底板突水数值模拟及涌水量预测[J]. 邵太升,邵爱军,彭建平. 水文地质工程地质. 2009(04)
[10]煤层底板陷落柱活化突水过程的数值模拟[J]. 李连崇,唐春安,梁正召,马天辉,张永彬. 采矿与安全工程学报. 2009(02)
博士论文
[1]矿井（底板）突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D]. 张文泉.山东科技大学 2004
本文编号：2984485
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001~2009年事故起数及死亡人数统计图
武汉科技大学硕士学位论文 第 19 页连续流体。计算域内参考压力设为 1atm，考虑重力，浮力参考密度为 1.185kg/m3。多相流模型选用均相流模型，自由表面模型设为“标准”，三心拱断面巷道的湍流模型选为 RNG k-ε双方程模型，矩形断面巷道的湍流模型为标准 k-ε 双方程模型，近壁面湍流处理均采用Scalable 壁面函数法。目前已发生的矿井透水事故透水量一般为 5~200m3/min，根据巷道断面面积，设定入口速度为 5m/s，水和空气的体积分数采用 CEL 函数表达式设定为：在 2.5m液面以下，水体积分数为 1（全部为水）；在 2.5m液面以上，空气体积分数为 1（全部为空气）。静压出口，参考压力为 0 Pa。其余边界均设为无滑移光滑壁面。对流项采用高阶离散格式，湍流方程采用二阶迎风离散格式。采用自动时间步长选项，收敛控制的最大循环系数设定为 5。残差控制类型选为收敛平均残差（RMS）目标值设为0.0001。3.2.2 数值计算结果分析（1）流动时间
武汉科技大学硕士学位论文 第 19 页连续流体。计算域内参考压力设为 1atm，考虑重力，浮力参考密度为 1.185kg/m3。多相流模型选用均相流模型，自由表面模型设为“标准”，三心拱断面巷道的湍流模型选为 RNG k-ε双方程模型，矩形断面巷道的湍流模型为标准 k-ε 双方程模型，近壁面湍流处理均采用Scalable 壁面函数法。目前已发生的矿井透水事故透水量一般为 5~200m3/min，根据巷道断面面积，设定入口速度为 5m/s，水和空气的体积分数采用 CEL 函数表达式设定为：在 2.5m液面以下，水体积分数为 1（全部为水）；在 2.5m液面以上，空气体积分数为 1（全部为空气）。静压出口，参考压力为 0 Pa。其余边界均设为无滑移光滑壁面。对流项采用高阶离散格式，湍流方程采用二阶迎风离散格式。采用自动时间步长选项，收敛控制的最大循环系数设定为 5。残差控制类型选为收敛平均残差（RMS）目标值设为0.0001。3.2.2 数值计算结果分析（1）流动时间
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统工程方法建设应急救援平台的探讨[J]. 王琴,叶义成,何衍兴,蒋瑛. 工业安全与环保. 2011(04)
[2]“下三带”理论和“P-h”临界曲线法预测底板突水[J]. 李万军,杨家兵. 煤矿开采. 2010(05)
[3]无断层底板关键层破断后的稳定性分析[J]. 林远东,涂敏. 矿业工程研究. 2010(02)
[4]我国矿山透水事故的统计分析及安全管理对策[J]. 邢冬梅,叶义成,赵雯雯. 金属矿山. 2010(06)
[5]深井厚煤层综放开采底板突水数值模拟研究[J]. 张治高,任艳芳,赵荣学. 煤矿开采. 2009(06)
[6]矿井防治水实用技术研究[J]. 张振. 科技信息. 2009(33)
[7]煤矿水害原因分析及防治技术[J]. 白玉杰. 煤炭技术. 2009(11)
[8]流固耦合模型用于陷落柱突水的数值模拟研究[J]. 朱万成,魏晨慧,张福壮,杨天鸿. 地下空间与工程学报. 2009(05)
[9]峰峰五矿底板突水数值模拟及涌水量预测[J]. 邵太升,邵爱军,彭建平. 水文地质工程地质. 2009(04)
[10]煤层底板陷落柱活化突水过程的数值模拟[J]. 李连崇,唐春安,梁正召,马天辉,张永彬. 采矿与安全工程学报. 2009(02)
博士论文
[1]矿井（底板）突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D]. 张文泉.山东科技大学 2004
本文编号：2984485
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