矩形巷道围岩散热规律数值模拟研究

针对矩形巷道围岩散热规律,建立二维巷道围岩散热模型,采用有限体积法对巷道围岩温度场进行解算,计算模型中考虑了构成巷道围岩的不同岩层的物性差异。利用计算数据拟合曲线方程方法得到巷道围岩散热速率公式,该式可适用于煤巷与岩巷,最后推导得出整段巷道围岩散热速率公式,包括掘进巷道与使用中巷道,对制定井下热害防治措施具有一定的指导意义。     

基于有限体积法的巷道围岩散热无因次分析

根据巷道围岩散热的特点, 建立了非稳态围岩导热微分方程, 运用有限体积法对方程进行了处理。引入无因次准数, 对导热微分方程及运用有限体积法进行离散处理后的方程进行无因次分析。通过编写Visual Basic计算机程序对方程进行解算, 得到巷道围岩内部在不同时间点下不同节点处的温度变化曲线、不同毕渥数时不同时间点下的巷道壁面温度和不稳定换热准数曲线。通过查图得到不稳定换热准数, 进而可以计算一定长度的巷道围岩散热量。     

巷道/隧道围岩非稳态导热模化试验方法

在分析巷道/隧道围岩导热特征的基础上,把巷道/隧道围岩温度场简化为一维半无限大空心两面绝热圆薄片的非稳态导热问题,建立了柱坐标系下巷道/隧道围岩温度场的数学模型,并对其定解条件进行了探讨;采用方程分析法和量纲分析法,推导出巷道/隧道围岩导热的相似准则为傅里叶数Fo、毕渥数Bi和R,以及围岩与风流对流换热的努谢尔特数Nu、雷诺数Re和普朗特数Pr;根据相似准则,确定了巷道/隧道围岩导热原型和模型之间的相似关系,并以掘进巷道为例,证实了模化试验方法的可行性。     

围岩温度场及调热圈半径的半显式差分法解算

 建立了解算巷道围岩温度场分布、调热圈半径的数学模型及优于一般差分格式的解算围岩温度场的异步长半显式差分格式,编制了解算围岩温度场分布及调热圈半径的计算机程序,解算出了围岩温度分布规律;并通过实测数据与解算结果的对比,证明了异步长半显式差分格式的正确性及高精度。     

基于非达西渗流的采空区自然发火数值模拟

为了研究非达西渗流下的采空区自然发火情况,对4种不同平均粒度的破碎岩样分别进行了稳态渗流实验,再对得到的数据按非达西方程处理,然后进行二元拟合得到非达西渗透系数 K 与孔隙率 n 和粒度 d 的关系式以及非达西流因子 β 与 n 和 d 的关系式。依据流体动力相似准则的雷诺准则将这些关系式推广应用到实际采空区,结合采空区动态移动的特点,建立了移动坐标下的采空区漏风流场、氧浓度场和温度场相耦合的自然发火数学模型,利用有限体积法编制了数值解算程序。以河东矿31005工作面的采空区为例,解算得到了不同推进速度下的氧浓度场和垮落煤岩温度场的分布情况,比较分析后得出加快推进速度能显著降低该采空区自然发火危险。     

基于VB语言的矿井风流温湿度预测模型研究

基于三维围岩温度场的理论模型,对巷道风流温湿度的分布进行数值模拟,并在此基础上建立适用于矿井通风网络内温湿度环境预测分析的实用数学模型。以水平巷道为研究对象,探讨了在考虑到热传导、水分的蒸发与凝结、空气的压缩与膨胀等各种条件下的风流温湿度分布的特征。利用VB语言编制了解算风流温湿度变化规律的软件程序,解算结果显示:巷道围岩的潮湿率对风流温湿度的影响较大。最后通过矿井实测数据进行了对比验证。     

软岩巷道围岩应力分布规律光弹性模拟实验研究

应用相似模拟理论和光测弹性力学模拟实验方法,对煤矿软岩巷道围岩应力分布特点及位移特征进行了模拟研究,得出了软岩巷道围岩在巷道有无封闭式支护情况下的应力分布规律、应力集中程度及位移特征,并探讨了由光弹模拟实验所得资料进行模拟应力分离计算和位移分析确定的方法。实验结果揭示了支架与软岩巷道围岩相互作用的一些基本规律,对软岩巷道的支护设计及软岩工程相关问题的理论研究和生产实践具有指导意义。     

周期性边界下围岩温度场有限体积法分析

为研究矿井风流温度周期性变化对巷道围岩温度场的影响,依据能量守恒定律及围岩散热的特点,建立了周期性变化边界条件下的一维非稳态导热控制方程。引入了无因次准数,对围岩导热控制方程进行了无因次化,并利用变量分离法对控制方程进行了分解,然后运用有限体积法对分解的方程建立了热平衡方程,最后编写VB程序进行了求解。结果表明:在周期性边界条件下,围岩体各处的温度随时间周期性地波动,并且温度波动的振幅随围岩深度的延伸呈负指数规律变化,围岩体不同层面上的温度波具有振幅衰减和波动延迟的特点。综合以上分析,推导了巷道围岩体温度随深度和时间变化的函数关系式,并得到了巷道壁面热流波的计算公式,该研究加深了对周期性边界下围岩温度场变化规律的认识。     

周期性风温下围岩温度场模拟实验的可行性研究

为对周期性风流温度下的围岩温度场相似模拟的可行性进行研究,建立了周期性边界条件下的巷道围岩导热微分方程,引入无因次准数对导热微分方程进行了无因次化;然后根据方程分析法和量纲分析法,推导出周期性风温的巷道围岩温度场相似准则。并以某一矿井岩石巷道为例,设计了5组相似模拟实验方案,通过比较,选择几何相似比为20的相似模型。     

综放采空区自燃带的三维数值模拟研究

通过建立综放采空区三维非稳定风流场、温度场及热力风压的联合解算数学模型,运用有限单元和有限差分法进行较深入的数学模拟分析和数值解算,结合现场观测及分析结果,得出了综放采空区内可能的遗煤自燃区域分布范围、空间形态及其影响因素。并就模拟原型的实际情况,给出其合理的工作面推进速度。     

巷道围岩调热圈半径及温度场分布规律研究

巷道围岩散热是一个复杂的非稳态过程,包括围岩内部的热传导和围岩与巷道风流的热交换。随着矿井开采深度的增加,巷道围岩与空气热交换所占比重增大。研究围岩与空气热交换规律对井下风流温度预测及制定矿井降温措施有着重要的意义。利用数值模拟软件模拟了淮南某矿-965 m轨道大巷不同通风时间围岩的温度场,研究了通风时间对巷道围岩温度的影响,并用实测数据对模型进行了分析验证。     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。     

深层软岩中硐室导巷法围岩变形规律研究

通过采用FLAC3D有限差分程序并结合现场实测,对深层软岩硐室导巷法围岩变形规律进行了动态模拟研究。分析了从导硐、一次支护、刷扩至永久支护过程中软围岩的变形规律,为深层软岩中巷道的掘进和支护设计提供了依据。     

动力失稳下煤矿巷道围岩松动变形特征与支护参数研究

为了提升煤矿巷道围岩的稳定性,解决现有支护方式支护效果差的问题,分析煤矿巷道在动力失稳状态下的围岩松动变形特征,实现支护参数的优化计算。探测煤矿巷道围岩内部结构,根据动压巷道围岩变形的影响因素及其作用方式,建立煤矿巷道围岩动力失稳模型。在该模型下,通过确定应力变化规律和应力—应变关系,得出围岩松动变形的特征分析结果。参考围岩松动变形特征,确定合理的支护方式,得出锚杆长度、锚间排距、组合拱厚度等支护参数的计算结果。根据变形特征与支护参数结果,进行数值模拟分析,完成围岩松动变形支护。将模拟结果应用到实际的松动变形修复工作中,能够控制围岩松动变形量控制在要求范围内,降低裂缝破坏程度。     

花草滩煤矿轨道暗斜井变形破坏机理研究

随着煤矿开采深度的增加，U型钢被动支护难以缓解轨道暗斜井的变形。为解决轨道暗斜井巷帮移进和底鼓问题，采用数值模拟方法，分析了不同终采线位置时巷道的变形破坏规律，对煤柱宽度影响暗斜井围岩变形现象进行研究，总结出其内部应力分布规律。基于巷道塑性区演化规律，分析了暗斜井巷围岩的应力分布状态，发现巷道呈非对称性变形；此外，研究了相同应力分布特征、不同终采线时巷道变形的变化规律。研究结果表明，随着终采线距离增加，围岩最大变形量减小。     

矿震扰动巷道帮部卸压区域锚索加固研究及应用

为研究动载扰动巷道帮部补打锚索对巷道围岩控制及冲击地压防治的效果,以某矿孤岛工作面矿震扰动巷道为研究对象,采用有限差分数值计算软件FLAC,研究了动静载力作用下常规锚杆支护和补打帮部锚索加强支护方式对巷道围岩的控制效果。研究结果表明:矿震扰动的参与使巷道围岩更易发生冲击破坏,围岩稳定状态随矿震能量增加而逐渐劣化;帮部锚索加固不仅能够降低静载条件下巷道围岩的变形,而且能提高巷道围岩的抗震动扰动能力,与卸压工程配合,能够起到一定的冲击地压防治效果。数值模拟结果和现场实践表明,常规支护基础上帮部锚索加固能够保证工作面在105 J矿震扰动下安全回采。     

高应力深部巷道围岩变形特征与控制技术研究

分析了高应力深部巷道围岩变形特征与控制技术，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了巷道垂直位移变化规律以及围岩塑性区扩展规律；依据高应力深部巷道围岩变形特征，设计了以锚注为主要支护方式的耦合支护体系，并对改良后的支护方式进行了验证。研究得出，采用锚注和高强度预应力锚杆耦合支护方案，巷道围岩变形得到了有效控制。     

Study on visualization simulation of temperature distributions in surrounding rock of tunnels in a deep mine

Based on the mathematical model for rock temperature distribution in a geothermal field, the properties of rock temperature distribution in geothermal field for four kinds of surrounding rock cross-sections of tunnels in a deep mine were simulated by using finite element method. It is shown that the relationship for rock temperature distribution varied with the geothermal parameters, time and space. Namely, 2-dimensional time-dependent isograms clearly showed the process for rock temperature variation and distribution in a geothermal field which has been redisplayed with visualization numerical simulation.