六盘水矿区掘进巷道的流场分布规律研究

【摘 要】本文利用计算流体力学仿真软件Fluent，对掘进工作面的流场进行数值模拟，并对模拟结果进行分析。通过比较风筒出口速度不同时掘进工作面流场的分布规律，对比了风筒出口速度为6m/s、8m/s、10m/s时的掘进工作面流场与压力分布情况。得出以下结论：风筒出口速度在6m/s时涡流中心较小，正压分布范围大，掘进工作面通风效果最佳。这个结果可以为以后研究风筒出口速度不同时瓦斯的分布规律奠定一定的基础，从而对风筒出口风速采取一种较为合理的速度。

【关键词】流场；RNGk-ε湍流模型；掘进巷道

0 引言

贵州众多煤矿事故中，瓦斯事故是最主要事故之一，且事故灾害等级高。掘进工作面瓦斯涌出量大，是瓦斯最主要的积聚地，瓦斯事故的高发地带。为此，本文将针对贵州六盘水矿区掘进巷道实际情况，对该矿区掘进工作面进行流场数值模拟分析，得出掘进巷道瓦斯压力和瓦斯运动规律的一些结论，并为该地区掘进巷道瓦斯运动规律奠定基础。从而对掘进工作面的瓦斯防治和治理起到指导作用。

日本Nakayama等人对掘进工作面风流分布进行了模拟研究[1-2]。南非、美国、英国、西班等国家的一些学者也对掘进工作面的风流分布和瓦斯分布进行了模拟研究[3-6]。河南理工大学的高建良、刘金金等用RNGk-ε双方程湍流模型对掘进巷道压入式通风进行了仿真模拟，对k值和ε值采用三种不同的算法，并得出了与试验较为相符合的k值和ε值计算公式[7]。安徽理工大学的胡祖祥、王百顺通过建立数学模型研究了掘进巷道某一点的瓦斯体积分数[8]。本文将针对六盘水地区煤矿的实际掘进巷道尺寸进行流场分布规律的分析研究，研究掘进工作面的风筒出口风速对掘进工作面的涡流中心、涡流大小及掘进工作面正压分布进行研究。得出风筒出口风速不同时的掘进工作面的涡流中心及涡流大小、掘进工作面正压分布一些分布规律和结论。

1 数学模型

1.1 假设条件

（1）掘进工作面风筒出口气流可视为不可压缩气体，不考虑耗散热，壁面条件假定绝热，通风条件为20℃；

（2）流体湍流黏性具有各向同性，湍流的黏滞系数μt可作为标量处理；

（3）流动为稳态，满足Boussinesq假设。

1.2 数学模型

5 结论

风筒出口处风流会有卷吸作用，形成涡流中心，风筒出口速度越大涡流中心距离掘进工作面的距离越近，涡流直径越大。压力分布情况分析得出，风筒出口速度较小时，正压分布范围大，负压空洞较小，通风效率高，掘进工作面通风较为理想。

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[责任编辑：汤静]