采空垮落区瓦斯非线性渗流-扩散.pdfVIP

　第３４卷第６期 煤　　炭　　学　　报 Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．６　 　２００９年 ６月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹ Ｊｕｎｅ　 ２００９　 　　文章编号：０２５３－９９９３（２００９）０６－０７７１－０７ 采空垮落区瓦斯非线性渗流 －扩散 模型及其求解 １，２ １ １ ２ ２ 杨天鸿 ，陈仕阔 ，朱万成 ，霍中刚 ，姜文忠 （１东北大学 采矿工程省重点实验室，辽宁 沈阳　１１０００４；２煤炭科学研究总院抚顺研究院，辽宁抚顺　１１３００１） 摘　要：根据高强度快速推进条件下大空间采空垮落区瓦斯运移的特点，按照渗流力学理论，将 采空区视为连续的渗流空间，瓦斯在采空区实际是机械弥散和分子扩散引起的散布过程，通风风 流流动状态是由工作面湍流向采空区深部层流的过渡状态．运用质量守恒定律和非线性渗流方 程，提出基于Ｆｉｃｋ扩散定律和Ｂｒｉｎｋｍａｎ方程的瓦斯扩散－通风对流运移模型，综合考虑了流体 压力梯度和动能作用，比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律．通过数值求解，研 究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理． 关键词：采空垮落区；瓦斯运移；破碎岩体；非Ｄａｒｃｙ流；数值模型 中图分类号：ＴＤ７１２５　　　文献标识码：Ａ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｌｏｗｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｏｒｇａｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎｇｏａｆａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ １，２ １ １ ２ ２ ＹＡＮＧＴｉａｎｈｏｎｇ ，ＣＨＥＮＳｈｉｋｕｏ，ＺＨＵＷａｎｃｈｅｎｇ，ＨＵＯＺｈｏｎｇｇａｎｇ，ＪＩＡＮＧＷｅｎｚｈｏｎｇ （１ＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅＥｍｐｈａｓｉｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０００４，Ｃｈｉｎａ；２ＦｕｓｈｕｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＣｏａｌ ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｓｈｕｎ　１１３００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｅｅｐａｇｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇａｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅ ｌａｒｇｅａｒｅａｒｏｏｆｃａｖｉｎｇｉｎｇｏａｆｕｎｄｅｒｔｈｅｆａｓｔａｎｄｈｉｇｈｄｕｔｙｍｉｎｉｎｇａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ，ｔｈｅｇｏａｆｗａｓａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｅｅｐａｇｅｓｐａ ｔｉａｌｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｈｅｇａｓｗｅｒｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｆａｃｔ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｉｔｓｆｒｏｍｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｉｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｔｏｌａｍｉｎａｒｄｅｅｐｇｏａｆ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌａｗｏｆｍａｓｓｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｅｅｐａｇｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｄｉｆ ｆｕｓｉｏｎｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｇａｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｉｎｇｏａｆ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｓｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇｒａｄｉｅｎｔａｎｄｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｇａｓｆｌｏｗ，ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄＦｉｃｋ’ｓｌａｗｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄＢｒｉｎｋｍａｎｅｑｕａ ｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｔｈｅｇａｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌａｒｇｅａｒｅａ ｒｏｏｆｃａｖｉｎｇｉｎｇｏａｆ．Ｂａｓｅｄｏｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌ