采空区多参数气-固耦合渗流动态模拟与应用

本文主要探讨了采空区多参数气-固耦合渗流现象，这是矿井开采过程中一个重要的工程问题，特别是在处理地下通风、瓦斯排放和防止自然发火等方面。作者结合渗流力学与气-固理论，对采空区内的非均匀孔隙介质进行深入研究，这种介质的特性使得风流动态复杂化。 首先，研究团队通过理论分析和软件模拟方法，揭示了采空区内部孔隙度的变化规律。他们发现，孔隙度呈现出非线性的“U型”分布特征，即在进风口和回风口处孔隙度较大，随着深度增加，孔隙度逐渐减小。这一发现对于理解气体在不同深度的流动路径和阻力有重要意义。 其次，对于渗透率，研究显示其分布类似于“扇型”，在进风口处的渗透率最高，远离工作面的采空区，渗透率显著降低。这种分布模式影响着气体的流动速度和压力分布，有助于优化通风设计以控制瓦斯积聚。 进一步，渗流速度的分布呈现出“弧型”，工作面附近区域的漏风较强，而深入采空区后，漏风速度逐渐减小，直至趋于零。这一结果对于评估和预防采空区安全事故，如瓦斯爆炸和火灾风险具有实际应用价值。 为了验证理论分析，研究者采用高效的有限体积算法进行数值解算，并开发了一套模拟软件。通过三维和二维的可视化演示，模拟结果清晰直观，为理解和解决采空区的诸多安全问题提供了强大的工具，包括瓦斯排放管理、自然发火预测、注氮灭火策略以及大面积均压调压等。 总结来说，这篇论文通过对采空区的多参数气-固耦合渗流的深入研究，为矿井开采过程中的安全管理提供了科学依据和技术支持，对于提高矿井作业的安全性和效率具有重要的实践意义。