采空區(qū)多孔介質阻力系數的數值模擬研究.pdf

1、由于煤礦采空區(qū)內部條件的復雜性和多變性，直接預埋傳感器測定采空區(qū)內各項參數非常困難，而且其成功率和準確性都比較低。目前對采空區(qū)的研究主要是通過示蹤技術、相似模擬和數值模擬方法的來實現。隨著現代流場理論和計算機技術的發(fā)展，數值模擬技術越來越多被應用到礦井采空區(qū)的研究中。使用FLUENT數值模擬采空區(qū)的基本思路是把工作面后部的采空區(qū)看做由遺煤和頂板冒落煤巖體構成的不同孔隙率的多孔介質區(qū)域，混合氣體在其中的運動符合質量守恒、動量守恒、能量守恒

2、和組分質量守恒定律，這些控制方程和其他一些附加的標量方程（如湍流輸運方程）構成封閉的方程組，使用有限體積法在計算域內離散控制方程組從而求得整個流場的狀態(tài)參數。
　　 利用FLUENT進行采空區(qū)多孔介質模擬計算時，最核心的問題就是確定反應實際物理模型的多孔介質阻力系數。本文基于FLUENT多孔介質模型結合達西線性滲流定律，分別從X、Y、Z三個方向總結分析采空區(qū)上覆巖層沉降垮落的基本規(guī)律，建立能反映采空區(qū)阻力系數三維連續(xù)分布一般規(guī)律

3、的數學模型，并采用數值模擬技術對該數學模型中各參數進行討論分析，研究它們對工作面自由流動區(qū)域及采空區(qū)多孔介質區(qū)域流場狀態(tài)參數分布的影響，以期能得到對采空區(qū)破碎煤巖體堆積狀態(tài)更為準確的描述。根據礦井通風阻力定律，可以從風量、風壓、風阻三個參數其中任意兩個確定另外一個，由此以壓力值作為數值模擬邊界條件，對比迭代計算之后的風量，可以作為判斷采空區(qū)多孔介質阻力系數設定的依據。
　　 以陽煤集團寺家莊煤礦15104綜采工作面為例，在現場實