научная статья по теме АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫРАБОТАННОГО И ПОДРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА Науковедение

Текст научной статьи на тему «АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫРАБОТАННОГО И ПОДРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА»

Технические на уки

Информатика, вычислительная техника

и управление

Математическое моделирование численные методы и комплексы программ

Попов С.Н., кандидат технических наук, доцент Попова А. С. Попов В. С.

(Карагандинский государственный технический университет, Казахстан)

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫРАБОТАННОГО И ПОДРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Выработанное и подработанное пространство представляет собой кусковато-пористую среду, в которой имеется фильтрация метановоздушной смеси под действием общешахтной депрессии и депрессии дегазационных установок. Присутствие газоносных подрабатываемых пластов-спутников, расслоение пород кровли приводят к перераспределению утечек и изменению распределения концентрации метана в выработанном пространстве.

Интенсивность фильтрационных утечек воздуха является одним из основных факторов, влияющих на процессы самонагревания угля и газовыделения в выработанном и подработанном пространстве добычного участка. За счет утечек происходит доставка кислорода и вынос метана, подвод и отвод тепла. Все эти процессы непосредственно влияют на окисление угля, теплонакопление и газовыделение в выработанном и подработанном пространстве.

Для выработанного и подработанного пространства наиболее подходящим считается двучленный закон движения воздушно-газовой смеси:

И _ q2 + г q

где И - перепад давления на рассматриваемом участке, Па;

- аэродинамическое сопротивление на участке с турбулентным режимом движения,

Н-с/м8;

Г - аэродинамическое сопротивление на участке с ламинарным режимом движения, Н-с/м5; д - расход воздуха через канал, м3/с.

Величины Я и г выражаются через характеристики выработанного пространства (/1/):

Я _ Р 1х,у

ц 1 (1)

Г _ ^ х,у

Г1 _ кх,у' Р ,

где ц - динамический коэффициент вязкости воздуха, кг/(с-м);

кх,у - коэффициент проницаемости, м2;

1х,у - длина пути фильтрации воздуха, м;

2

Б - площадь фильтрации, м ;

р - плотность воздуха, кг/м3; Ь - масштаб макрошероховатости, м.

Неравномерность обрушения кровли и нарушенности подрабатываемого пространства, наличие на пути фильтрационных утечек каналов разных диаметров вызывают необходимость рассмотрения выработанного и подработанного пространства не как единого целого, а как совокупности ячеек, характеризующихся своими индивидуальными параметрами и, в частности, аэродинамическими сопротивлениями. Поэтому для построения рабочей модели выработанное и подработанное пространство представляются в виде трехмерной сеточной области, делящей его на элементарные ячейки, каждая из которых представляет собой сравнительно однородную область.

Для задания пространственных координат (х,у,2) элементов этой сетки начало координат О мы устанавливаем в точке сопряжения лавы с воздухоподающей выработкой, ось ОХ направляем вдоль очистного забоя, ось ОУ - от лавы вглубь выработанного пространства, ось 02 - вертикально вверх.

Геометрические размеры нарушенного пространства определяются по плану горных работ и включают в себя: длину лавы; длину отработанной части выемочного столба; мощность вынимаемого пласта; мощности вышележащих подрабатываемых слоев породы и пластов угля, находящихся в зоне влияния подработки.

Геометрические размеры элементарных «расчетных» ячеек задаются при построении сеточной области. Тем самым задаются и координаты её элементов. Введение координат происходит следующим образом. Разбиение по оси ОХ (вдоль линии очистного забоя) производится с шагом ёх, разбиение по оси ОУ (от лавы вглубь выработанного пространства) производится с шагом ёу. Шаги разбиения подбираются таким образом, чтобы точнее приблизить координаты привязки технологических объектов в нарушенном пространстве (скважины, выработки и т.д.) к узловым точкам строящейся сети. Шаги разбиения по оси 02 (вверх от вынимаемого пласта) принимаются переменными и равными мощностям вышележащих слоев породы и пластов угля для учета индивидуальных физико-химических свойств каждого слоя породы и пласта угля. Графически сеточная область представлена на рис.1.

Построенная трехмерная сетка является аэродинамической моделью нарушенного пространства и служит расчетной схемой для решения задач фильтрации. Узлы расчетной схемы нумеруются следующим образом:

узел №1 - точка О введенной системы координат ОХУ2 (точка сопряжения лавы с возду-хоподающей выработкой);

последующие узлы в ряду вдоль оси ОХ нумеруются вдоль линии очистного забоя в сторону воздухоотводящей выработки;

ряды располагаются вдоль оси ОУ (вглубь выработанного пространства), нумерация в каждом ряду продолжается аналогично первому ряду;

слои располагаются вдоль оси О2 (вверх, в сторону подрабатываемых пластов), нумерация в каждом слое продолжается аналогично вынимаемому слою.

Узлы схемы принимаются за центры ячеек. Размер ячейки равен ёх-ёу^;, где 1 - номер слоя (1=0,1,...). На границе области ячейки усекаются, и размер ячейки становится вдвое, а в углах области вчетверо меньше.

Сопротивления ветвей построенной расчетной схемы определяются по формулам (1) с учетом того, что некоторые входящие в них величины будут зависеть уже не от двух (х, у), а от трех (х, у, 2) координат.

Для описанной аэродинамической модели разработан комплекс программ, который позволяет сформировать расчетную схему и получить распределение утечек воздуха в выработанном и подработанном пространстве с учетом их пространственного взаиморасположения.

Литература

1. Рудничная вентиляция: Справочник /Под ред. Ушакова К. З. - М.: Недра, 1988. - 440с.

2. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследовать аэродинамику выработанного пространства при бесцеликовой выемке угля и разработать «Рекомендации по снижению эндогенной пожаробезопасности за счет схем и способов проветривания» - Карагандинский отдел ВНИИГД, 1990. - 144с.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Науковедение»