基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。

巷道火灾火焰局部阻力模型构建及参数识别

针对巷道火灾绕火源火焰的局部阻力计算及阻力系数的确定问题,建立按火焰断面积来计算的模型,其中的火焰局部阻力系数是火焰截断面积的函数,指出火焰面积是在特定巷道火灾条件下火源燃烧强度与风流速度相互作用的结果,确定阻力系数值必须考虑到巷道风流对火焰的压制作用。分析火焰局部阻力与风流速度、火源燃烧强度的关系,即随着火源燃烧强度的增大,火焰面积和局部阻力增大,风速降低,出现所谓的节流现象。当风速等于富氧燃烧临界风速时,火源燃烧充分,火焰面积和火焰局部阻力最大;当风速小于该临界风速时,火源燃烧减弱,火焰面积和局部阻力变小;当风速过大时,风流压缩火焰,火焰截断面积和火焰局部阻力减小,火焰局部阻力在风速中低时为最大。上述变化规律与点火源和线火源两组经典的实验结果相吻合;依据实验数据拟合确定出模型的参数,依火源强度不同,最大火焰面积系数取值一般在0.285~0.410。

基于有源风网的瓦斯突出3D矿井灾变通风仿真

为研究煤与瓦斯突出后整个矿井发生的灾变过程,基于有源通风网络理论和数值仿真技术,利用TF1M3D矿井灾变通风仿真系统软件,对2004年郑煤集团大平煤矿"10·20"煤与瓦斯突出事故进行仿真推演。模拟得到,突出高峰期,以突出点为中心,东翼区域发生大规模逆流,逆流瓦斯渗透通过11轨道石门中的风门进入西大巷;在突出衰退后,逆流消失,进入西大巷的瓦斯随进风流进入13,15采区;同样因风门的限流,11轨道石门中出现瓦斯滞留,当架线电机车经过交汇点时引发瓦斯爆炸。推演结果与实际情况相吻合。研究表明,瓦斯突出灾变时期,防止瓦斯滞留是预防二次爆炸事故的关键;积极推广使用远程控制的自动风门,用它进行调控,能最大限度降低灾害损失。

灾害气体在风网中传播的时间-事件混合步长法

为仿真描述有源风网上外源气体涌入运移过程,创新引入事件步长法,把风网中外源气体组分运动到达某一节点作为一个事件,同时取同期其他分支事件所经历的最短时间作为下一个时间步长,考察记录网络分支中外源气体到达的位置.为减小截断误差,对过大的事件时间步长作出限定,形成所谓"时间-事件混合步长"法.使每个迭代时间步长都能至少有外源气体到达某一个节点,采用节点分支汇流法计算节点浓度,使网络节点上气体浓度得到及时更新.结合矿井瓦斯突出流在网络中的扩散给出了算例,展示了不同时刻瓦斯达到网络各个节点的过程.研究结果表明:新方法能够自动截取网络中组分气体流动的微小事件变化,防止因过大的时间步长导致的截断误差;与单纯的时间步长法相比,计算精度高,模拟仿真更准确.