综放面采空区埋管抽采下瓦斯运移规律模拟研究摘要
本文以流体力学、传质学、多孔介质流体动力学等理论为基础,结合石泉矿30101综放采空区现场实际,运用FLUENT软件,对埋管抽采条件下采空区瓦斯运移规律进行三维数值模拟研究。根据采空区冒落特征的一般规律,研究了采空区空隙率与渗透率的分布形式,给出了其呈“O”型圈分布的半经验公式;通过连续性方程、运动方程、扩散方程以及状态方程来构建基本方程组,建立了采空区混合气非线性渗流流态下的数学模型;对于该微分方程组,运用有限差分法(FDM)得到它的离散化方程组,引用交错网格,采用SIMPLE算法进行求解;借鉴FLUENT6.3用户指南中由Ergun公式推导粘滞阻力系数与惯性阻力系数公式的思想,对Bachmat多孔介质非线性渗流理论进行了分析,给出了采空区混合气非线性渗流粘滞阻力系数与惯性阻力系数公式;用数值模拟的方法,对比研究了重力作用、采空区“导气带”高度以及煤层倾角各因素对采空区瓦斯浓度分布的影响,得出在三维数值模拟中采空区瓦斯浓度分布是受这三个因素共同影响的结论;同时考虑这三个因素的影响,较真实地反映出采空区瓦斯浓度分布,对石泉矿30101综放采空区埋管抽采条件下的采空区瓦斯运移规律进行了研究,得到了抽采口埋深、抽采流量各自与抽采瓦斯浓度的函数关系,从瓦斯抽采利用和抽采效果的角度出发,给出采空区最佳抽采位置是抽采口埋深在25~35m范围内,采空区埋管最优抽采流量为17.1~18.4m3/min,为优化采空区瓦斯抽采参数提供了理论依据。
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