COMSOL模拟下的采煤工作面瓦斯流动模型及其应用

本文主要探讨了采煤工作面瓦斯流动的数学建模和数值解算方法。作者采用溶质扩散平移方程和Fick扩散定理来模拟瓦斯在工作面和采空区内的流动扩散行为，这两个理论是描述物质在介质中扩散的基本原理，它们帮助理解瓦斯如何从源头（如开采活动）向周围空间均匀分布。N-S方程（Navier-Stokes方程）和Brinkman方程则用于构建更为细致的工作面气体流动模型，这涉及到流体动力学中的连续性和动量守恒原则。 通过将工作面模型与采空区模型整合到一个统一的流动场中，文章强调了质量守恒和压力平衡在建立物理模型中的关键作用。这确保了整个系统在能量和物质上的平衡，使得模型能够准确预测不同区域的瓦斯动态变化。进风巷道、回风巷道、工作面和采空区之间的瓦斯涌出和扩散过程在这个模型中得到了有效的连接，形成一个完整的瓦斯流动网络。 COMSOL Multiphysics是一种多物理耦合分析工具，它在此研究中被用来求解这个复杂的物理模型。这种软件的强大之处在于它能够处理各种物理现象的交互作用，确保了瓦斯流动模型的准确性。模型计算结果显示，该模型能够真实反映工作面和采空区瓦斯浓度的空间分布情况，这对于矿井安全管理至关重要，可以帮助工程师评估不同的通风策略和瓦斯专排巷位置对瓦斯控制效果的影响。 通过对比不同通风方式的效果，该模型为优化采煤工作面的瓦斯管理提供了科学依据，有助于减少瓦斯事故的发生，保障矿工的生命安全。这篇文章为深入理解和控制矿井瓦斯流动提供了一种实用且精确的方法，具有显著的实际应用价值。