U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究.pdf

《U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2010年12月矿业安全与环保第37卷第6期U型综放工作面风流流动及瓦斯运稆规律研究张倩，陈开岩，栗磊磊，陈辉，蒋中承(1．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008；2．潞安集团安全技术培训中心潞安职业技术学院，山西长治046204)摘要：针对五阳煤矿7802工作面综放开采过程中存在的瓦斯超限问题，采用数值模拟和理论分析相结合的方法，对工作面风流流场及瓦斯分布进行深入研究，揭示了U型综放工作面风流的流动规律和瓦斯运移规律，同时找出了工作面回风上隅角瓦斯积聚的主要原因，并针对该主因提出了相应的防治措施。关键词：风流流动；瓦斯运移；上隅

2、角瓦斯；数值模拟中图分类号：TD712文献标志码：B文章编号：1008—4495(2010)06—0047一O4五阳煤矿7802工作面位于78胶带巷以东，十塑+：o字道煤矿以西，崔家庄3断层与十字道背斜轴之间，Ot以属78采区首采工作面，其地面标高为+865一式中：P为流体密度；f为时间；为速度在i方向的十885m，井下标高十481～+613m。该工作面开采分量。3煤层，煤种为瘦煤，煤层厚度约5．96m，煤层结构2)动量守恒定律，即牛顿第二定律，其张量形简单，煤层倾角平均11。。工作面走向长1760m，倾式为斜长235m，设计采高31TI

3、，放全部顶煤，采用U型通+风方式，运输巷进风，回风巷回风。采用走向长壁后毒(跳)一毒+毒(詈)+5(2)退式，沿底开采低位放顶煤综合机械化开采方法，全式中：为流体的动力黏性系数；p是流体微元体上部垮落法控制顶板。工作面回风巷瓦斯浓度较高，的压力；S是包含重力在内的微元体上的体力(广义上隅角瓦斯经常超限，严重影响了工作面的安全生源项)。产与高产高效。3)能量守恒定律，即热力学第一定律。由于内能与温度有关，所以以温度为变量的能量守恒方1数值模拟的控制方程程为流体的流动要遵循物理守恒定律，而控制方程+是这些守恒定律的数学描述。数值模拟研究就是对

4、毒c=毒(寺簧)+src3这些工程问题的控制方程进行联合迭代求解，然后式中：为温度；为流体的传热系数；c。为定压比热通过数值及图形图像输出将计算结果直观形象地展容；为流体的内热源及由于黏性作用流体机械能现出来J。运用计算流体动力学软件FLUENT对转换为热能的部分，有时简称黏性耗散项。综放采场风流流动、瓦斯运移规律进行数值模拟，就4)组分质量守恒方程的张量形式为是对以下控制方程进行迭代求解。1)质量守恒方程，又称连续方程，其张量形警a￡+a戈=毒aL—sJc4式为式中"-C为组分s的体积浓度；pc为该组分的质量浓度；D为该组分的扩散系数；

5、s为系统内部单位时间收稿日期：2010—03—26；2010—09—01修订内单位体积产生的该组分的质量。作者简介：张倩(1983一)，女，山西吕梁人，潞安职业技对于矿井通风巷道而言，风流流态基本上属于术学院教师，中国矿业大学安全工程学院在读硕士研究生，主要从事矿井通风、矿井瓦斯防治及矿山测量方面的教学与研湍流。在标准后一s湍流模型中，和是2个基本的究工作。E—mail：zhangqian829@126．corn。未知量，与之相对应的输运方程如下：·47·2010年12月矿业安全与环保第37卷第6期2．2模型网格的划分及边界条件设置Ot+

6、Ox。=毒a，L’rrJG+采空区、工作面、进回风巷设置为流体区域，其中G6一Jp一y村+S(5)采空区为多孔介质类型。网格划分采用Map方法，所有部分均划分为Hexahedron(六面体)。其中进、回风cgt+cgx。：毒a[L、+。，r，卜J巷及工作面设置中心间距为0．5in；采空区的网格中心间距设为2In，整个模型划分的网格约为130万个。C1等(G+C3G6)一C2--y+S(6)计算模型回风巷出口设为出流(OUTFLOW)，进式中：G是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产风巷进口设为速度进口(VELOCITYINLECT)，进口生

7、项；G是由于浮力引起的湍动能k的产生项，对于风速为1．36m／s。进风口气体的体积分数：CH为不可压流体，G=0；代表可压湍流中脉动扩张的0．12％，0为21％，其余为N。模型工作面及采空贡献，对于不可压流体，=0；C。，C，C为经验区采用用户自定义函数(UDF)设置瓦斯源项。常数，or和分别是与湍动能和耗散率8对应的3模拟结果分析Prandtl数，根据Launder等的推荐值及后来的实验室验证取值：Cl=1．44，C2=1．92，C3=0．09，3．1工作面风流流动规律=1．0，=1．3；Js和．s是用户定义的源项。由数值模拟结果可以得

8、出工作面风流流场的如下规律：2分析模型的建立及边界条件设置1)采场风流的流动路线：从图3中流线分布可2．1分析模型的建立以看出，风流由进风巷流入采场，经过工作面和采空嗍●盘量4闩。圈盘∞豳4豳