李宗翔,顾润红,张晓明,毕 强,温永宇

(1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院,辽宁阜新 123000;2.辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室,辽宁阜新123000;3.中交一航局第五工程有限公司,河北秦皇岛 066002;4.铁法能源公司,辽宁调兵山 112700)

基于RNG k-ε湍流模型的3D采空区瓦斯上浮贮移

李宗翔1,2,顾润红3,张晓明1,2,毕 强4,温永宇4

(1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院,辽宁阜新 123000;2.辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室,辽宁阜新123000;3.中交一航局第五工程有限公司,河北秦皇岛 066002;4.铁法能源公司,辽宁调兵山 112700)

为研究工作面后方采空区3D空间瓦斯上浮特征,根据质量守恒、动量守恒和Fick定律,建立综放采空区风流-瓦斯变密度混合气体非线性渗流-扩散控制方程。结合大兴矿N2-706工作面实例,运用CFD软件模拟三维采空区瓦斯运移及分布的状态;流场冒落非均质按照“O”型分布描述,计算采用RNG k-ε湍流模型,并考虑重力场条件。理论计算调整与现场实际条件和瓦斯监测记录数据相拟合,指出三维采空区形成的瓦斯分布及上浮态势,是风流移动、瓦斯组分扩散-弥散和含瓦斯风流密度差引起上浮迁移的结果,也是流场瓦斯不断解吸涌出与漏风不断流入所形成的一种动态平衡结果。研究结果表明,采空区高位抽采流量与抽采获得的瓦斯体积分数近似呈反比例函数关系、与回风巷瓦斯体积分数呈负指数函数关系。

3D采空区;瓦斯上浮;CFD仿真;k-ε湍流模型;瓦斯抽采