深井大面积采空区流场数值模拟研究

路文斌 裴宝地 王继胜

（枣矿集团滕东煤业有限公司，山东 滕州 277510）

煤的自然发火受煤自身物化结构和外部环境两方面影响[1]。矿井火灾多数属于内因火灾，矿井火灾通常较外因火灾更具隐蔽性、危害性和复杂性[2]。

煤层自燃造成资源大量浪费，污染矿井和外部环境，破坏生态，威胁一线工人的生命安全。滕东煤矿自然发火防治难度大是由于自然发火期过短，开采深度大，煤层底板温度局部高达40.4 ℃，属于二级热害区[3-4]。在设计、开采过程中，对3下109工作面防火形势认识欠缺，导致工作面封闭，经过防、治、封、治反复治理过程，最终灭火工作全面顺利完成。研究采空区漏风规律具有重要意义[5]，可为现场采空区煤炭自燃防治提供科学指导。

1 采空区内部流场数值模型

入口边界条件包括大气压力、风速。采空区各密闭巷道均选择压力入(出)口，巷道区域的边界条件为流体，使用自定义函数UDF 实现，空气密度选择Boussinesq 假设，模型求解器选择分离式(Segregated)。湍流模型选择适用范围广、精度合理的K-ζ 双方程模型，并选择能量方程。压力速度耦合方法选择SIMPLE 算法以提高收敛速度，减小温度和/或密度的亚松弛因子，改为0.8。

（1）计算区域及模型的建立

模拟的区域包 括 3下103、3下105、3下107、3下109 采空区。其中，根据给定的边界压能参数确定大致的风流方向。对矿井的采空区进行合理性的简化，认为其大面积连通并看成一个整体。

（2）网格的划分

目前，CFD 计算中采用两种形式，即有结构化网格和非结构化网格。……