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双指标划分采空区自燃三带的数值模拟
 时间:2017-10-13   浏览:   分享

     采空区是煤矿井下较易发生自燃的区域之一,通过划分采空区自燃“三带”范围结合煤最短自然发火期可以确定对工作面自燃防治有利的最低月推进度和停采时的最长撤架时间,还可以为工作面回采中注氮以及瓦斯抽放合理参数的确定提供依据。以往采空区自燃“三带”的测定主要通过现场埋管监测采空区气体组分,然后根据氧浓度指标来确定采空区“三带”范围。由于采空区情况复杂,埋管监测只能在采空区“两道”实现,不能全面覆盖工作面易自燃点,单纯以两道的监测数据通过单一指标来划分,不能完整的体现采空区自燃“三带”的分布规律。为了解决现场观测不足,有的学者提出了通过建立采空区遗煤升温氧化模型以及分析采空区氧化升温浓度和漏风强度流场分布情况来划分三代范围,并且关于划分指标的讨论也越来越多。基于以上分析方法的优缺点,将现场监测和数值相结合,运用风速指标和氧浓度指标综合划分采空区自燃三带的范围。
 

  采空区数学物理模型的建立
   

      采空区是由冒落岩石和遗煤组成的孔隙介质,空气在采空区内的流动属于孔隙介质中的渗流运动。一般认为采空区渗流场属紊流、层流和过渡流的多孔介质非线性气体流动,服从Bachmat方程。由于研究的采空区自燃三带主要考虑二维上的参数变化,为了方便解算,假设假设采空区气体为不可压缩气体,漏风风流相对较小,近似的认为采空区的气流为层流分布,风流流动规律服从达西定律,工作面风流为紊流,将采空区流场视为二维流场。


   1、 双指标划分采空区自燃三带,是从三带定义结合煤自燃四个基本条件出发进行分析确定的,其划分结果比单一指标划分更加准确和科学。
   2、通过简化采空区气体流场模型,利用Flunt软件模拟采空区风速分布及氧浓度分布,可以在工作面推进前快速划分采空区自燃三带分布,经过与实测数据比较,结果吻合较好,非常适合现场应用。
   3、现场实测采空区进风侧氧浓度时,由于进风巷前期冒落不充分且漏风大,往往进入采空区几十米氧浓度依然没有大的变化,由于后期顶板来压束管还未预埋到窒息待便已堵塞,不能准确划分采空区金凤测“三带”。通过数值模拟可以预测采空区进风侧深部的氧浓度梯度分布,弥补了现场实测进风巷氧浓度数据的不足。
   4、对采空区气体流场的规律的分析及模型建立在只需要得出采空区自燃三带分布范围的基础上,是做了一定的简化和假设得出的二维模型。如果需要详细的分析采空区立体空间的气体流场分布规律,必须建立更为复杂的三维采空区模型,并需要考虑采空区传热和能量转换等方程的应用,同时建立三维控制方程来求解模型。

 

 

    原文: 双指标划分采空区自燃三带的数值模拟

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