過水巷道中骨料起動力學機制及兩相流耦合模擬

作者：牟林

摘要：為研究動水巷道中骨料堆積狀態與巷道傾角的內在關系,建立動水環境不同傾角巷道中骨料顆粒的起動判據,基于計算流體力學和離散元法建立描述骨料灌注過程的固液兩相流耦合模型(CFD-DEM),對5-10 mm、10-30 mm、30-50 mm骨料顆粒組在不同堆積厚度下的起動速度和水流攜砂能力進行測試,并模擬各粒徑顆粒組在不同傾角巷道中的靜水休止角和動水運移規律。結果表明:起動速度在上山巷道、水平巷道、下山巷道依次減小,3種工況下骨料起動速度的平方之比值為:(tanΩcosθ+sinθ):tanΩ:(tanΩcosθ-sinθ);堆積體形態由流場與灌注能力的動態平衡狀態所決定,當流場的攜砂能力遠小于灌注能力時接頂容易,反之接頂困難;巷道傾角對堆積體相對于水平線的休止角沒有影響,在相同流速條件下骨料在下山巷道中堆積形態被"拉長"不易接頂,上山巷道中被"壓縮"相對容易接頂;上山段截流可降低施工難度,截流位置確定后應根據巷道傾角實時調整灌注參數,下山巷道骨料粒徑適當增加,上山相應減小,使堆積長度和高度同步"生長"實現快速截流。研究成果對截流工程選址和骨料灌注參數設定具有重要指導意義。

發文機構：煤炭科學研究總院 中煤科工集團西安研究院有限公司

關鍵詞：CFD-DEM骨料灌注動水巷道截流工程固-液兩相流CFD-DEMfilling aggregatehydrodynamic roadwaywater cut-offsolid-liquid two-phase

分類號： TD741[礦業工程—礦井通風與安全]