RNG k-ε湍流模型下3D采空区瓦斯上浮运动的CFD模拟与分析

该篇文章《基于RNG k-ε湍流模型的3D采空区瓦斯上浮贮移》由李宗翔、顾润红、张晓明等人在2014年的《煤炭学报》第39卷第5期发表，主要探讨了工作面后方采空区三维空间内瓦斯上浮现象的理论分析与数值模拟。作者利用质量守恒、动量守恒以及Fick定律为基础，构建了一套综合开采采空区风流与瓦斯混合气体的非线性渗流-扩散控制方程。研究的重点是采用RNG k-ε湍流模型来模拟这种复杂的流动特性，尤其是在考虑了重力场影响的情况下。 在实验中，他们选择了大兴矿N2-706工作面作为案例，通过CFD（计算流体动力学）软件对三维采空区内的瓦斯运动及其分布进行了细致的模拟。论文指出，采空区瓦斯的分布和上浮状态是由风流移动、瓦斯组分扩散-弥散以及不同含瓦斯风流密度差异共同作用的结果，同时也反映了瓦斯在不断解吸涌出和漏风流入之间形成的一种动态平衡。 研究发现了一个关键的定量关系：采空区高位抽采流量与抽采得到的瓦斯体积分数之间存在反比例函数的关系，同时与回风巷的瓦斯体积分数则呈现出负指数函数关系。这一发现对于理解和优化采空区瓦斯管理具有重要意义，它提示了抽采策略和通风设计需要考虑这些动态因素，以确保采空区安全和有效瓦斯控制。 本文的研究成果不仅提供了深入理解采空区瓦斯行为的理论依据，也为煤矿安全技术实践提供了实用的工具，有助于提升矿井瓦斯治理的科学性和有效性。