【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通道漏风测定领域，具体而言，涉及一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法。
技术介绍
1、通风是煤矿安全生产的重要保证，能向井下各用风地点输送新鲜风流，同时还有着稀释排出矿井瓦斯、粉尘，降低作业区域温度等作用。通风是保障井下作业人员身体健康和劳动安全的基础措施，但也会带来漏风，影响矿内工作面、采空区和巷道等的自燃危险性。
2、在采煤掘进时，由于矿压作用、裂隙发育和煤层松软等原因，巷道易形成高冒区。高冒区煤体呈破碎堆积状态且长时间暴露于空气中，通风为其创造了供氧的条件，易导致巷道高冒区的破碎煤体自燃。相关数据表明，巷道内的自燃火灾约占矿内自燃火灾总数的50％，严重威胁着采掘工作的安全进行，是煤矿内防治自燃灾害的重点区域之一。煤柱是煤矿沿空掘巷时与旧采空区之间隔离的煤柱，属于典型的卸压孔裂隙煤岩体。在采煤掘进时，煤柱受到采动应力、集中压力和矿压作用，其裂隙进一步发展产生大量的漏风通道。另外，煤柱两侧的压差引起的空气循环也可能使煤体受压破坏形成裂隙。煤柱长期漏风可能导致局部出现自燃现象。
3、综上，如何做到在正常通风的同时预测此过程中可能发生的巷道和煤柱局部区域自燃事故及获得巷道漏风量、风速等多通风参数很重要的问题。
技术实现思路
1、为了弥补以上不足，本专利技术提供了一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，旨在改善在采煤掘进时，煤柱受到采动应力、集中压力和矿压作用，其裂隙进一步发展产生大量的漏风
2、本专利技术实施例提供了一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，包括有以下步骤：
3、s1、使用数值模拟软件comsol multiphysics建立计算的模型；
4、s2、设定计算模型的边界条件，进风巷道的入口设为新鲜风流入口，回风巷道的出口设为风流出口，且所有壁面为无滑移边界；
5、s3、根据巷道的监测和数据采集，确定煤柱的宽度和渗透性；并且漏风的强度与煤体的破碎程度和压力梯度有关，认为煤柱漏风符合达西定律；
6、s4、计算和分析回风巷道各处的漏风；风流流经回风巷道经过的第一个的措施孔样点的风量比在第一个至第五个的措施孔号样点的风量大，分析风流风量分段得到旧采空区与回风巷道之间的漏风情况；
7、s5、在comsol multiphysics软件中模拟小煤柱的内应力演化对漏风通道风流分布规律的影响。
8、在上述实现过程中，本专利技术基于数值模拟和小煤柱内外压差动态模拟巷道漏风流场的方法，采用comsol multiphysics软件中的自由和多孔介质流体流动控制回风巷的风流流动，添加边界条件以控制模型边界移动，模拟结果可描述小煤柱应力演化过程中的漏风通道压力和风流的分布规律，同时确定巷道的漏风量，通过此方法得到的巷道漏风量、回风巷出口风速等多通风参数，可根据相关理论预测巷道和小煤柱局部区域是否有发生煤自燃事故的可能性，即能利用小煤柱内外压差得到巷道漏风情况，及时采取预防巷道和小煤柱自燃的措施，另外，该方法通过数值模拟的手段即可得到多通风参数的大概数值，在一定程度上减少了人力。
9、在一种具体的实施方案中，所述s2中的边界条件包括有巷道的实体结构，包括有采空区，所述采空区的一侧存在有小煤柱体，所述小煤柱体的一侧存在有旧采空区，所述旧采空区在挤压所述小煤柱体的时候，存在有旧采空区对小煤柱的应力。
10、在上述实现过程中，通过建立巷道的实体结构，便于comsol multiphysics软件进行建立模型，便于后续进行模运行仿真。
11、在一种具体的实施方案中，所述小煤柱体上钻孔开设有若干措施孔，若干所述措施孔的内部均固定安装有风量测量仪，若干所述措施孔之间的间距均保持在20m的距离。
12、在上述实现过程中，措施孔的设定便于通过风量测量仪进行检测风量，且保持相同的间距，便于实现对精准的间隔性的检测风量。
13、在一种具体的实施方案中，所述采空区的一侧存在有实体煤，所述实体煤的一侧存在有进风巷道，所述实体煤和所述小煤柱体之间存在有回风巷道，所述回风巷道的一端端部设有测风站。
14、在上述实现过程中，通过在实体煤上设置进风巷道和回风巷道，便于实现对风量进行流动和检测，且测风站能够实现安全性的检测。
15、在一种具体的实施方案中，所述达西定律的计算公式如下：
16、设所述小煤柱体的宽度为l，所述小煤柱体的渗透率为k，则所述小煤柱体的漏风量为：
17、
18、式中，μ为气流动力粘度，1.8×10-5pa·s，q为所述小煤柱体的漏风量，单位为m3/s，k为煤柱渗透率，单位为m2；a为所述小煤柱体的截面积，单位为m2，为泄露压力梯度，单位为pa/m。
19、在上述实现过程中，通过小煤柱体的各项参数，以及实现对气流的检测，便于计算获取到小煤柱体的漏风量。
20、在一种具体的实施方案中，所述小煤柱体的漏风压差与所述小煤柱体的宽度认为是线性关系，则引起所述小煤柱体存在漏风的压力梯度就是所述小煤柱体两侧风流压差与所述小煤柱体的宽度比值，所述所述小煤柱体的漏风量也可写为：
21、
22、式中，δp为所述小煤柱体内外两侧风流压差，δp＝p2-p1，且单位为pa，并且p2是所述回风巷道采集的风量，p1是旧采空区对小煤柱的应力，l为所述小煤柱体宽度，单位为m。
23、在上述实现过程中，通过小煤柱体的两侧风流压差对小煤柱体的漏风量进行计算。
24、在一种具体的实施方案中，所述回风巷道采集的风量p2通过第一个的措施孔的风量测量仪进行测量，且风量测量仪的计算公式如下：
25、p＝ρv/b；
26、其中，p是空气流量，ρ是空气的密度，v是空气流动的速度，b是空气流动的面积，即为所述回风巷道的截面面积。
27、在上述实现过程中，通过风量测量仪对回风巷道的风量进行检测，并且计算得出回风巷道的流动风量。
28、在一种具体的实施方案中，所述数值模拟软件comsol multiphysics的使用步骤：
29、a1、建立模型环境；
30、a2、构建几何图形，形成模型结构；
31、a3、指定材料属性，确定岩层、煤层和采空区；
32、a4、定义物理场边界条件，即巷道的所有壁面；
33、a5、运行仿真，即对巷道的风流进行模拟运行；
34、a6、结果后处理，计算内应力演化对漏风通道风流分布规律的影响。
35、在上述实现过程中，通过数值模拟软件comsol multiphysics便于对巷道进行模拟和仿真运行，便于对各项的数据信息进行检测和计算处理。
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【技术保护点】
1.一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，包括有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述S2中的边界条件包括有巷道的实体结构，包括有采空区(9)，所述采空区(9)的一侧存在有小煤柱体(3)，所述小煤柱体(3)的一侧存在有旧采空区(5)，所述旧采空区(5)在挤压所述小煤柱体(3)的时候，存在有旧采空区对小煤柱的应力(6)。
3.根据权利要求2所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述小煤柱体(3)上钻孔开设有若干措施孔(4)，若干所述措施孔(4)的内部均固定安装有风量测量仪，若干所述措施孔(4)之间的间距均保持在20m的距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述采空区(9)的一侧存在有实体煤(7)，所述实体煤(7)的一侧存在有进风巷道(8)，所述实体煤(7)和所述小煤柱体(3)之间存在有回风巷道(2)，所述
5.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述达西定律的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述小煤柱体(3)的漏风压差与所述小煤柱体(3)的宽度认为是线性关系，则引起所述小煤柱体(3)存在漏风的压力梯度就是所述小煤柱体(3)两侧风流压差与所述小煤柱体(3)的宽度比值，所述所述小煤柱体(3)的漏风量也可写为：
7.根据权利要求6所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述回风巷道(2)采集的风量P2通过第一个的措施孔(4)的风量测量仪进行测量，且风量测量仪的计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述数值模拟软件COMSOL Multiphysics的使用步骤：
9.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述测风站(1)设置在所述回风巷道(2)的后端，实现对所述回风巷道(2)的风量和风速进行检测，并且实现对所述回风巷道(2)的空气中含量成分进行检测，对瓦斯、煤气等的含量进行检测，提高安全性。
10.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述数值模拟软件COMSOL Multiphysics中的自由和多孔介质流体流动控制回风巷的风流流动，模拟结果描述所述小煤柱体(3)的应力演化过程中的漏风通道压力和风流的分布规律，得到的巷道漏风量、回风巷出口风速等多通风参数，然后预测巷道和所述小煤柱体(3)局部区域是否有发生煤自燃事故的可能性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，包括有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述s2中的边界条件包括有巷道的实体结构，包括有采空区(9)，所述采空区(9)的一侧存在有小煤柱体(3)，所述小煤柱体(3)的一侧存在有旧采空区(5)，所述旧采空区(5)在挤压所述小煤柱体(3)的时候，存在有旧采空区对小煤柱的应力(6)。
3.根据权利要求2所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述小煤柱体(3)上钻孔开设有若干措施孔(4)，若干所述措施孔(4)的内部均固定安装有风量测量仪，若干所述措施孔(4)之间的间距均保持在20m的距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述采空区(9)的一侧存在有实体煤(7)，所述实体煤(7)的一侧存在有进风巷道(8)，所述实体煤(7)和所述小煤柱体(3)之间存在有回风巷道(2)，所述回风巷道(2)的一端端部设有测风站(1)。
5.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述达西定律的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于数值模拟和小煤柱内外压差分布的漏风通道测定多通风参数的方法，其特征在于，所述小煤柱体(3)的漏风压...
【专利技术属性】
技术研发人员：冀星中，徐爱国，陈长岭，张生，郜光辉，丁尧，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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