采空区非均质多孔介质渗透特性三维建模及其应用优化

本文主要探讨了采空区非均质多孔介质的渗透特性及其三维建模在实际应用中的重要性。首先，作者基于岩梁理论和"O"型圈理论的研究，深入剖析了采空区中非均质多孔介质的孔隙分布特征。这种非均匀性对于流体的运动有着显著影响，因此建立了一种三维数学模型来描述采空区孔隙率和渗透率的分布情况。这种模型能够更准确地反映实际情况，从而减少流场数值模拟中由于渗透率分布不均造成的精度偏差。 研究焦点是姚桥煤矿7271综放开采工作面的采空区，利用FLUENT数值模拟方法，对比了采用渗透率三维分布模型和采用固定常数渗透率两种情况下，气体（如CO2）在采空区内的运移规律。研究结果显示，随着深度增加，采空区靠近工作面一侧的孔隙率较高；而在工作面倾向方向，靠近煤柱侧的孔隙率变化较大，而压实稳定区域的孔隙率相对较小。渗透率的变化直接影响气体的流动，当渗透率增大时，工作面的漏风量增加，CO2在采空区的积累受到抑制；相反，当渗透率减小时，CO2的浓度梯度会从回风巷向进风巷逐渐上升。 通过与现场实测数据的对比分析，作者发现采用渗透率三维分布函数进行数值模拟的结果，其平均误差仅为8.0%，明显优于固定常数渗透率的预测。这一结果为优化采空区风流场的数值模拟提供了可靠的参数基础，有助于提升矿井安全管理和灾害预防的精确性。因此，这项研究不仅深化了对采空区复杂渗流特性的理解，也为实际的采矿工程实践提供了重要的科学依据和技术支持。