综放采空区3D空间非线性渗流及瓦斯运移规律数值模拟研究
发布时间：2021-02-03 00:13
综放采空区瓦斯是工作面瓦斯涌出的重要来源之一。掌握综采工作面采空区瓦斯流动规律并对采空区实施抽放措施是降低工作面瓦斯涌出量和上隅角超限的主要手段。研究采空区瓦斯流动规律对煤矿安全生产十分必要。本文根据采空区内冒落岩石呈非均匀分布，建立了碎胀系数按“O”型圈分布计算模型，给出采空区非均匀介质的连续定义函数。在FLUENT多孔介质模型简化的基础上，应用非线性渗流方程推导出非线性渗流状态下粘性阻力损失系数和惯性阻力损失系数的经验公式。探讨了在不同渗透率分布、不同渗透率大小、不同流态及是否考虑重力场等四种条件下的三维采空区漏风渗流与瓦斯运移规律及分布状态，实现了更加贴近实际的3D采空区CFD模型。结合大兴矿N2-706工作面的实际情况，应用具体特定的模型进行了数值模拟试验，将模拟结果与现场瓦斯气体的监测数据进行对比分析，验证了数值模拟的正确性。通过对N2-706工作面数值模拟分析，得到抽采流量与回风巷瓦斯体积浓度、抽采瓦斯体积浓度都呈现反比例关系，并在理论上验证了实际工作中应避免盲目过度抽采的正确性。对于大兴矿N2-706工作面的抽采流量应控制在55-65m3/min范围内。
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采空区沿高度冒落三带划分Fig.2.1ThreezonesdivisionofgoafalongcavingheightⅠⅡ
图 4.1 采空区三维模型图Fig. 4.1 3D numerical model of the goaf(2) 交界面设置工作面与采空区处存在两个重叠的面，在 GAMBIT 将这两个面设定为交terface），交界面两侧的网格尺寸不同，称为非正则网格。为了计算通过非正则量，FLUENT 会在交迭处产生一个界面域，非交叉处则生成一两个附加的壁面域界面的通量是使用由两个界面域的交叉处所产生的面来计算，这优于从界面域的算。交界面通过设置 FLUENT 中 Grid Interfaces 一项实现的。在设置中注意：如面不一样大，Interface Zone 1 项要选择小的界面，Interface Zone 2 项选择大的界以改进交叉处的计算准确性。(3) 模拟参数的设置本次模拟采用 RNG k-ε 型，由于采空区内流体进行的是雷诺数较低的流动，因此ifferential Viscosity Model。对瓦斯的运移采用组分输运无化学反应方式。压力耦IMPLE 算法，对控制方程中压力的离散采用 PRESTO!格式，其他的采用二阶迎风
- 37 -(d) 均质采空区不同位置的切面视图(d) Different section of homogeneous goaf图 4.4 多孔介质均质性不同时的采空区瓦斯浓度分布对比Fig 4.4 Gas consistency contrast of the different homogeneity porous goaf medium图 4.2 所示的看出采空区内的压力等值线在此位置分布成非对称分布，其中在采靠近回风巷一侧，图(b)中的压力等值线梯度比(a)中的梯度变化大，说明采空区内
本文编号：3015589
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采空区沿高度冒落三带划分Fig.2.1ThreezonesdivisionofgoafalongcavingheightⅠⅡ
图 4.1 采空区三维模型图Fig. 4.1 3D numerical model of the goaf(2) 交界面设置工作面与采空区处存在两个重叠的面，在 GAMBIT 将这两个面设定为交terface），交界面两侧的网格尺寸不同，称为非正则网格。为了计算通过非正则量，FLUENT 会在交迭处产生一个界面域，非交叉处则生成一两个附加的壁面域界面的通量是使用由两个界面域的交叉处所产生的面来计算，这优于从界面域的算。交界面通过设置 FLUENT 中 Grid Interfaces 一项实现的。在设置中注意：如面不一样大，Interface Zone 1 项要选择小的界面，Interface Zone 2 项选择大的界以改进交叉处的计算准确性。(3) 模拟参数的设置本次模拟采用 RNG k-ε 型，由于采空区内流体进行的是雷诺数较低的流动，因此ifferential Viscosity Model。对瓦斯的运移采用组分输运无化学反应方式。压力耦IMPLE 算法，对控制方程中压力的离散采用 PRESTO!格式，其他的采用二阶迎风
- 37 -(d) 均质采空区不同位置的切面视图(d) Different section of homogeneous goaf图 4.4 多孔介质均质性不同时的采空区瓦斯浓度分布对比Fig 4.4 Gas consistency contrast of the different homogeneity porous goaf medium图 4.2 所示的看出采空区内的压力等值线在此位置分布成非对称分布，其中在采靠近回风巷一侧，图(b)中的压力等值线梯度比(a)中的梯度变化大，说明采空区内
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