[发明专利]一种基于Fluent的原煤仓瓦斯超限治理的方法

说明书

一种基于Fluent的原煤仓瓦斯超限治理的方法，通过加设通风口并加设通风机进行正压通风，包括原煤仓模型的建立和计算流体力学模型建立；首先，设定原煤仓的基本参数，进行物理模型建立；然后，利用Fluent对原煤仓瓦斯涌出过程进行数值模拟，建立质量守恒方程、动量守恒方程和组分运输方程；设定原煤仓的参数以及边界条件，通过原煤仓微分控制方程从而模拟瓦斯涌出的过程，得到模拟结果；根据模拟结果改变风速，从而找到最优的风速条件，得到更符合实际的原煤仓内的瓦斯浓度分布情况，对原煤仓瓦斯超限治理提供实际指导。

技术领域：

本发明属于选煤厂原煤仓安全生产领域，具体涉及一种基于Fluent的原煤仓瓦斯超限治理的方法。

背景技术：

原煤仓设计结构都是封闭的圆柱体，下部放煤部分是锥形体，这种结构导致进入原煤仓的瓦斯得不到快速释放，很容易积聚在原煤仓上部，从而造成瓦斯浓度超标，如果达到爆炸极限则很容易出现原煤仓瓦斯爆炸事故。虽然随着技术及管理水平的提高，近些年煤矿安全事故出现断崖式下跌，但是并没有杜绝，原煤仓爆炸和着火事故还是时常发生。安全事故猛于虎，一旦事故发生就会对煤矿和职工家庭造成不可磨灭的影响。

现如今治理瓦斯超限大多为在煤仓窗口处加设通风机，这种措施虽然在解决原煤仓瓦斯浓度超标问题上起了一定作用，但是这种方法存在盲目性，以及风机是否匹配安装位置、是否合理等一系列的问题，并没有从根本上解决瓦斯超限问题。

由此可知，现如今的原煤仓瓦斯超限治理具有严重的缺陷，因此很有必要提出一种原煤仓瓦斯超限治理的方法来保证工作人员免于不必要的伤害。而基于Fluent的瓦斯超限治理方法可以完成以上要求。

发明内容：

本发明的目的是为保护煤矿工作人员的生命安全，为原煤仓瓦斯超限治理提供一种方法。该方法通过加通风口并加设通风机进行正压通风，并进行数值模拟，以最小的代价精确而高效的完成对原煤仓瓦斯超限问题的治理，并且有效减少了因瓦斯超标而造成的爆炸和着火事故。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种基于Fluent的原煤仓瓦斯超限治理的方法，包括以下步骤：

步骤一、原煤仓物理模型的建立

设定原煤仓的基本参数，包括原煤仓下部圆台形的高度、上部直径、下部直径，原煤仓整体圆柱形的高度、直径，以及上部顶板处四个窗口的边长；利用Gambit 2.4.6软件画出原煤仓的几何模型，并进行网格划分，从而建立了原煤仓的物理模型；

步骤二、原煤仓的计算流体力学模型的建立

首先，进行模型假设，设定：原煤仓内气体为不可压缩的流体，忽略温度对原煤仓内气流的影响；原煤仓储煤区域为标准的多孔介质区域，在整个区域的瓦斯为理想气体且各向同性；在堆煤缝隙中，瓦斯流动符合达西定律，气体在仓体内部区域空间的流动符合湍流模型；

利用Fluent软件对原煤仓瓦斯涌出进行数值模拟，建立质量守恒方程、动量守恒方程和组分运输方程；

质量守恒方程：

式(1)中：ρ为流场密度，kg/m³；t为时间，s；u，v，w为流速在x，y，z方向上的速度分量；

动量守恒方程：

式(2)和式(3)中：J_x为x方向的压力梯度，Pa；K_x为x方向的渗透系数；a_x为多孔介质的x方向粘性阻力系数；b_x为x方向惯性阻力系数；

组分运输方程：