基于Comsol Multiphysics的太平矿六复采区流场规律研究

赵庆杰++吴士坤++扈振波++王磊

摘 要：本文以太平矿六复采区为工程背景，基于Comsol Multiphysics数值模拟软件，实现了对太平矿六复采区采空区流场流动规律的模拟，得出在进风巷与回风巷相连的拐点处，流线密集、漏风量大、易发生火灾；在进风巷口位置着火的点火源会沿模拟所示流场方向，向采空区内部呈大约45°角蔓延。

关键词：采空区 漏风场 流场规律 Comsol Multiphysics 数值模拟

中图分类号：TD71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0057-02

采空区着火问题对煤矿安全生产具有重要影响，各种通风方式对采空区瓦斯流场的影响作用不一，且现场很难直接测定采空区漏风场。徐钧，戚良锋利用流体力学模拟软件建立了工作面采空区的二维物理模型，分析了该物理模型下的流场、瓦斯浓度场分布；唐明云，戴广龙等为得到采空区的流场分布，基于通风网络理论推算得出了采空区漏风阻力系数模型；王济凯，鲍学彬等对采空区孔隙结构及渗透系数分布情况进行了深入研究，建立了采空区渗流数学模型，揭示了采空区漏风流速、压力的分布规律。

本文Comsol Multiphysics基于數值模拟软件，模拟了采空区流场压力分布与流场流线分布，总结出了采空区漏风量大、易发生火灾的区域且揭示了太平矿六复采区采空区着火点点火源的蔓延方向。

1 采空区渗流控制方程的建立

受采动和地应力的影响，采空区冒落区域被遗煤与冒落的岩块填充，形成了多孔介质的通道，假设采空区渗流属于层流运动，满足达西定律、质量守恒定律、动量守恒定律。

（1）达西定律。采空区二维粘性不可压缩流体流动的达西定律可表示为：

（1）

式中：、为渗流速度，m/s；、为渗透系数，m/s；P为渗流场压力，Pa。

（2）质量守恒定律。质量守恒定律在二维稳定流动条件下可描述为流体微元面积中增加的质量等于流入该微元面积的净质量，其表达式为：

（2）

式中：ρ为流体密度，kg/m3。

2 采空区模型的建立

太平矿六复采区模型如图1所示，进风巷的绝对压力为1.01060×105Pa，回风巷的绝对压力为1.01×105Pa，工作面各点绝对压力基本线性变化，图中所示3条边界为零通量边界，采空区的孔隙率为0.3。进风巷边界新增狄氏边界条件P=r=1.01×105Pa+30+y[1/m]；回风巷边界新增狄氏边界条件P=r=1.01×105Pa+x[1/m]。

太平矿六复采区模型的网格划分采用映射模式，预定义为极端细化，其效果图如图2所示。

3 结果分析

4 结语

太平矿六复采区进风巷与回风巷相连的拐点处，流线密集、漏风量大、易发生火灾；在进风巷口位置着火的点火源会沿模拟所示流场方向，向采空区内部呈大约45°角蔓延。

参考文献

[1] 徐钧，戚良锋.Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2010，30（3）：29-31.

[2] 唐明云，戴广龙，秦汝祥，等.综采工作面采空区漏风规律数值模拟[J].中南大学学报：自然科学版，2012，43（4）：1494-1498.

[3] 盛燕宇.论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究[J].科技创新导报，2012（10）：5.

[4] 王济凯，鲍学彬，丁仰卫.采空区漏风流场的Fluent数值模拟[J].山东煤炭科技，2009（1）：86-87.endprint