數(shù)值模擬在采空區(qū)防滅火安全中的應(yīng)用

摘 要：利用FLUENT模擬得到穩(wěn)態(tài)條件下天水金泉礦業(yè)公司40112綜放采空區(qū)水平剖面O2濃度分布規(guī)律。經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果表明：O2濃度在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)一側(cè)距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達(dá)到17.4%，16.3%，12%和5.43%， 回風(fēng)一側(cè)也按照Fick定律降低，由模擬結(jié)果對(duì)采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了劃分，為防滅火提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)區(qū)域劃分；數(shù)值模擬；采空區(qū)流場(chǎng)；自燃

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）3-0045-02

為了有效地解決現(xiàn)場(chǎng)采空區(qū)遺煤自燃的問(wèn)題，達(dá)到安全采礦，相關(guān)的自燃危險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)就很重要。本文基于以前建立的模型以及研究成果進(jìn)行采空區(qū)流場(chǎng)的數(shù)值模擬。得到了采空區(qū)的氧濃度的分布規(guī)律。在此之上，得到采空區(qū)“三帶”的分布，以此預(yù)測(cè)采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性，為現(xiàn)場(chǎng)防滅火工作做出指導(dǎo)。

1 采空區(qū)流場(chǎng)方程

1.1 采空區(qū)滲流控制方程

2 采空區(qū)流場(chǎng)數(shù)值模擬

2.1 采空區(qū)三維模型建立

使用Gambit三維模型擬建立40112綜放采空區(qū)的三維模型，模擬區(qū)域長(zhǎng)度140 m，深度170 m，高度5 m為漏風(fēng)邊界的六面體模型。采空區(qū)底部中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，深入采空區(qū)域?yàn)閅方向，走向朝回風(fēng)巷方向?yàn)閄方向，垂直采空區(qū)底部向上為Z方向。所建模型如圖1所示。

2.2 模擬結(jié)果及分析

可直觀(guān)的根據(jù)氧濃度分布來(lái)得知采空區(qū)氧濃度的消耗規(guī)律，如圖2所示。

從水平分布來(lái)看，在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)一側(cè)O2濃度大于回風(fēng)一側(cè)的氧濃度，且濃度呈梯度減小，O2濃度在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)一側(cè)距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達(dá)到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回風(fēng)一側(cè)也按照Fick定律降低。

3 采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域劃分

將采空區(qū)與工作面水平距離相同的所有點(diǎn)的氧濃度最大值，及漏風(fēng)強(qiáng)度最小值繪出極限邊界，圖中氧濃度為Cmin，滲流速度為Qmax，然后將漏風(fēng)強(qiáng)度線(xiàn)和氧濃度限疊加，結(jié)合計(jì)算值確定40112采空區(qū)自燃三帶區(qū)域。三帶區(qū)域劃分圖如圖3所示。

4 結(jié) 論

①本文使用FLUENT自帶的Gambit前處理軟件進(jìn)行采空區(qū)模型的網(wǎng)格化劃分，并對(duì)采空區(qū)O2濃度、漏風(fēng)強(qiáng)度以及靜壓力分布做出模擬。結(jié)果顯示，40112采空區(qū)進(jìn)風(fēng)一側(cè)O2濃度大于回風(fēng)一側(cè)的氧濃度，且濃度呈梯度減小進(jìn)風(fēng)一側(cè)距離工作面22 m、54 m、88 m、124 m處濃度值達(dá)到17.4%，16.3%，12%和5.43%，回風(fēng)一側(cè)也按照Fick定律降低，向采空區(qū)深部依次呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。

②利用數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)金泉礦業(yè)公司40112綜放采空區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分，確定了該采空區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)檫M(jìn)風(fēng)側(cè)22～126 m的范圍，回風(fēng)側(cè)13～76 m的范圍，為進(jìn)一步防滅火安全提供了數(shù)據(jù)支持。

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