过水巷道中骨料起动力学机制及两相流耦合模拟

牟 林

过水巷道中骨料起动力学机制及两相流耦合模拟

牟 林1,2

(1. 煤炭科学研究总院，北京 100013；2. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

为研究动水巷道中骨料堆积状态与巷道倾角的内在关系，建立动水环境不同倾角巷道中骨料颗粒的起动判据，基于计算流体力学和离散元法建立描述骨料灌注过程的固液两相流耦合模型(CFD–DEM)，对5~10 mm、10~30 mm、30~50 mm骨料颗粒组在不同堆积厚度下的起动速度和水流携砂能力进行测试，并模拟各粒径颗粒组在不同倾角巷道中的静水休止角和动水运移规律。结果表明：起动速度在上山巷道、水平巷道、下山巷道依次减小，3种工况下骨料起动速度的平方之比值为：(tancos+sin)︰tan︰(tancos–sin)；堆积体形态由流场与灌注能力的动态平衡状态所决定，当流场的携砂能力远小于灌注能力时接顶容易，反之接顶困难；巷道倾角对堆积体相对于水平线的休止角没有影响，在相同流速条件下骨料在下山巷道中堆积形态被“拉长”不易接顶，上山巷道中被“压缩”相对容易接顶；上山段截流可降低施工难度，截流位置确定后应根据巷道倾角实时调整灌注参数，下山巷道骨料粒径适当增加，上山相应减小，使堆积长度和高度同步“生长”实现快速截流。研究成果对截流工程选址和骨料灌注参数设定具有重要指导意义。

CFD-DEM；骨料灌注；动水巷道；截流工程；固–液两相流

矿井发生突水淹井后，采用截流方法切断水源与矿井间的水力联系，是实现快速救援和排水复矿的重要方法[1]。……