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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于循环推进算法的采煤工作面围岩温度场数值模拟研究
  • 52
  • 作者

    秦跃平郭铭彦唐飞刘强张冀昕侯浩楠赵微

  • 单位

    中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院

  • 摘要
    随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟合经验式,缺乏科学合理的计算方法。基于傅里叶定律和能量守恒定律,建立了采煤工作面二维围岩温度场非稳态数学模型,运用有限体积法对模型进行了离散,提出了以坐标间断移动来模拟实际割煤进刀过程的循环推进新算法,显著提高了动态推进条件下高温采煤工作面围岩散热的计算精度。随后以单个节点为例详细介绍了循环推进算法流程,基于Visual Studio编程平台自主开发了数值解算程序,并结合工程背景开展了采煤工作面高温围岩温度场及散热规律的数值模拟研究与实测验证工作。结果表明:模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,平均相对误差为6.15%;在连续循环割煤过程中,围岩温度场呈现周期性变化特征;在一个循环周期内,各区域围岩散热强度在进刀循环开始时达到峰值,随后不稳定换热系数开始快速下降,且下降趋势逐渐减缓;传统的拟合经验式忽略了割煤循环过程中围岩散热强度随时间的改变,高估了围岩散热能力;在热害严重的采煤工作面,通过适当减缓进刀速度或采用截深更浅的采煤机刀头可有效减少围岩散热。
  • 关键词

    采煤工作面围岩散热围岩温度场循环推进算法不稳定换热系数

  • 文章目录
    1 采煤工作面围岩温度场数学模型
    1.1 导热控制方程
    1.2 初始与边界条件
    2 有限体积法离散
    2.1 网格划分
    2.2 方程离散
    3 循环推进算法
    4 程序设计
    5 工程实例分析
    5.1 模型验证
    5.2 进刀过程中围岩温度场变化规律
    5.3 围岩与风流间不稳定换热系数
    5.4 围岩累计散热量
    5.5 进刀速度对围岩散热的影响
    5.6 进刀截深对围岩散热的影响
    6 结论
相关问题

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