孫曉元董利輝孫英峰關(guān) 城付 帥韋善陽(yáng)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083; 2.太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院,山西省太原市,030024; 3.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院,河北省三河市,101601)

★煤礦安全★

掘進(jìn)工作面突出瓦斯運(yùn)移擴(kuò)散特性模擬研究?

孫曉元1,2董利輝1孫英峰1關(guān) 城1付 帥1韋善陽(yáng)3

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083; 2.太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院,山西省太原市,030024; 3.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院,河北省三河市,101601)

為準(zhǔn)確探究掘進(jìn)工作面突出瓦斯擴(kuò)散運(yùn)移時(shí)的參數(shù)特性,利用Navier-stokes方程和擴(kuò)散方程構(gòu)建了突出瓦斯運(yùn)移模型。應(yīng)用COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)耦合分析工具研究了突出瓦斯與空氣混合后其參數(shù)隨時(shí)間和位置變化的特征規(guī)律,并探討了風(fēng)筒風(fēng)速和瓦斯突出速度對(duì)瓦斯氣團(tuán)運(yùn)移特性的影響。研究結(jié)果表明:突出瓦斯氣團(tuán)在風(fēng)流和濃度擴(kuò)散的作用下整體向巷道出口運(yùn)移,突出瓦斯氣團(tuán)影響范圍逐漸變大,運(yùn)移速度變慢,持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng),且峰值濃度隨時(shí)間和空間均按冪函數(shù)規(guī)律衰減,突出瓦斯在掘進(jìn)巷道中的峰值衰減特性受瓦斯突出速度和風(fēng)筒風(fēng)速等因素的綜合作用。

瓦斯突出 擴(kuò)散運(yùn)移 時(shí)空分布 風(fēng)筒風(fēng)速 瓦斯突出速度 COMSOL Multiphysics

作為一種復(fù)雜的煤巖動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象,煤與瓦斯突出極易造成人員的重大傷亡和財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。究其原因,除突出的煤巖體直接打擊作業(yè)人員和發(fā)生煤流埋人之外,更關(guān)鍵的因素在于涌向采掘空間的突出瓦斯氣流具有極大的破壞性,可誘導(dǎo)風(fēng)流逆轉(zhuǎn),使瓦斯充滿幾十至上千米的巷道,甚至?xí)U(kuò)散至整個(gè)礦井。大量濃度較高的瓦斯短時(shí)間內(nèi)難以稀釋,不僅會(huì)造成人員中毒窒息,在一定條件下遇到機(jī)電設(shè)備等還可能發(fā)生礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸等次生事故,釀成不可估量的后果。因此,煤與瓦斯突出所造成的異常涌出并擴(kuò)散運(yùn)移的瓦斯是釀成重大事故的主要原因。由于近七成的瓦斯突出都發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面,故突出瓦斯往往對(duì)掘進(jìn)頭及巷道中作業(yè)人員和機(jī)電設(shè)備的安全威脅最大。因此,掌握掘進(jìn)工作面突出瓦斯在直巷中傳播時(shí)的特征指標(biāo)和分布參數(shù),探究其運(yùn)移與擴(kuò)散規(guī)律,對(duì)于災(zāi)前人員、機(jī)電設(shè)備的布置與防災(zāi)抗災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè),災(zāi)變時(shí)應(yīng)急救援和防止事故擴(kuò)大措施的實(shí)施,具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬3個(gè)角度探討了掘進(jìn)工作面突出瓦斯的運(yùn)移和擴(kuò)散規(guī)律,取得了豐碩的成果。就數(shù)值模擬而言,胡為民、王海橋、高建良、韋善陽(yáng)等人進(jìn)行了相關(guān)方面的研究。但縱觀上述文獻(xiàn),前人的模擬側(cè)重于探討掘進(jìn)巷道中突出瓦斯與風(fēng)流混合后的整體流動(dòng)特性,未充分考慮高濃度瓦斯氣團(tuán)在巷道不同時(shí)間和不同位置的運(yùn)移擴(kuò)散特征,故得出的結(jié)論缺乏足夠的定量結(jié)果支持。鑒于此,本文嘗試在理論分析的基礎(chǔ)上,借助COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)耦合分析工具,著重分析掘進(jìn)巷道中突出瓦斯與空氣混合后其特征參數(shù)隨時(shí)間和位置變化的時(shí)空分布規(guī)律,并探討不同風(fēng)流和瓦斯突出速度下的高濃度氣團(tuán)運(yùn)移擴(kuò)散特性,從而為災(zāi)前預(yù)防和災(zāi)變控制等工程措施的應(yīng)用提供理論支持。

1 掘進(jìn)面突出瓦斯運(yùn)移模型的建立

當(dāng)掘進(jìn)面發(fā)生突出時(shí),大量瓦斯氣體涌入巷道空間。由于氣體沖擊波持續(xù)時(shí)間極短,為便于分析,暫不考慮突出過(guò)程中沖擊波的影響,重點(diǎn)探討突出后高濃度瓦斯團(tuán)與正常風(fēng)流混合后在掘進(jìn)直巷中的運(yùn)移規(guī)律,則模型簡(jiǎn)化為流體在巷道空間中的傳播運(yùn)移與物質(zhì)交換的過(guò)程,其滿足連續(xù)性特征及運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律,具體分析過(guò)程如下。

1.1 掘進(jìn)面突出瓦斯混合氣流的運(yùn)動(dòng)方程

由于掘進(jìn)巷道正常通風(fēng)和瓦斯噴出速度均遠(yuǎn)大于臨界雷諾數(shù),其物理性質(zhì)可采用Navier-stokes方程來(lái)進(jìn)行描述,該方程反映的是粘性流體動(dòng)量守恒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。筆者曾探討過(guò)忽略體積力時(shí)三維空間的Navier-stokes的表達(dá)式為:

式中:Pns——流體壓力,Pa;

η——流體的動(dòng)力粘度,Pa·s;

uns——流體速度矢量,m/s;

ρ——流體密度,kg/m3。

顯然,當(dāng)研究區(qū)域掘進(jìn)工作面時(shí),作用于混合流體的體積力主要是重力。若忽略掘進(jìn)巷道在高度上的變化,即認(rèn)為該巷道為水平的,則重力對(duì)混合流體的作用局限于氣流因?yàn)轱L(fēng)流和濃度、密度差異所引起的瓦斯升浮過(guò)程中,此時(shí)重力對(duì)突出氣體的作用是微乎其微的,因此突出瓦斯流運(yùn)移的運(yùn)動(dòng)方程可近似地利用式(1)來(lái)進(jìn)行描述。

1.2 掘進(jìn)面突出瓦斯混合氣流的運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律

當(dāng)突出沖擊波過(guò)后,高濃度的混合瓦斯氣流在巷道內(nèi)發(fā)生運(yùn)移,其所承受的作用力包括兩個(gè)方面:其一,礦井中原有且未被摧毀的通風(fēng)動(dòng)力,其作用方向與瓦斯混合氣流的運(yùn)動(dòng)方向相同或者相反,表現(xiàn)為瓦斯混合氣流沿巷道風(fēng)流方向傳播或逆流擴(kuò)散兩種形式;其二,高濃度的瓦斯流與正常風(fēng)流交匯,由于兩者之間密度差的存在導(dǎo)致瓦斯風(fēng)壓的產(chǎn)生,這也是瓦斯逆流擴(kuò)散的重要?jiǎng)恿?。在掘進(jìn)巷道的壓入式通風(fēng)中,風(fēng)流經(jīng)過(guò)風(fēng)筒輸送至掘進(jìn)頭,此時(shí)的正常通風(fēng)往往成為了瓦斯混合氣流運(yùn)移的動(dòng)力。分析其中一個(gè)平行六面體微小單元,其運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律如圖1所示。

圖1 突出瓦斯流微元體運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律

假定平行微元體其邊長(zhǎng)分別為Δx、Δy和Δz,且單位時(shí)間內(nèi)沿x方向有平均流速為U的流體從左側(cè)界面進(jìn)入該微元體,流體的濃度為C,由于濃度差異所導(dǎo)致的擴(kuò)散系數(shù)為K,則單位時(shí)間內(nèi)由風(fēng)流和濃度擴(kuò)散作用進(jìn)入微元體的流體質(zhì)量m1為:

由此同時(shí),從微元體右側(cè)界面流出的質(zhì)量為:

需要說(shuō)明的是,在運(yùn)移擴(kuò)散過(guò)程中,微元體內(nèi)所含有的瓦斯質(zhì)量并非是恒定不變的,其質(zhì)量m為:

由上述分析可知,單位時(shí)間沿x方向流入和流出的瓦斯質(zhì)量差為:

式中:C——瓦斯?jié)舛?mol/m3;

U——微元體平均流速,m/s;

K——擴(kuò)散系數(shù),m2/t;

k——擴(kuò)散衰減常數(shù)。

將式(5)簡(jiǎn)化,同時(shí)取Δx為無(wú)窮小,引入微分的概念,則式(5)可改寫(xiě)為:

當(dāng)突出瓦斯氣流與空氣完全混合為均勻流場(chǎng)時(shí),U與K都是常數(shù),則式(6)可以寫(xiě)作:

對(duì)于式(7),假定高濃度瓦斯團(tuán)為瞬時(shí)源,突出的瓦斯量為M,忽略運(yùn)移過(guò)程中生物、物理和化學(xué)作用對(duì)瓦斯含量的影響,對(duì)其進(jìn)行拉氏變換所求的解析解為:

式中:M——突出瓦斯量,mol;

J——巷道截面積,m2。

式(8)為瞬時(shí)一維運(yùn)移擴(kuò)散條件下的瓦斯?jié)舛确植寄Ｐ?它較好揭示了突出瓦斯在掘進(jìn)巷道中的運(yùn)移規(guī)律,可見(jiàn)瓦斯?jié)舛仁芡怀鐾咚沽?、平均流速和擴(kuò)散系數(shù)等綜合因素的影響。在擴(kuò)散運(yùn)移和風(fēng)流稀釋的作用下,瓦斯氣團(tuán)的影響范圍不斷擴(kuò)大,運(yùn)移速度和濃度不斷減小。

2 數(shù)值模型

通過(guò)上述分析,可知式(8)雖然給出了一維運(yùn)移擴(kuò)散條件下的瓦斯?jié)舛确植嫉慕馕鼋?但其中擴(kuò)散系數(shù)K值為紊流彌散系數(shù)、紊流擴(kuò)散系數(shù)和分子擴(kuò)散系數(shù)三者共同作用的結(jié)果。然而,準(zhǔn)確刻畫(huà)上述3個(gè)要素是十分困難的,文獻(xiàn)計(jì)算是忽略了紊流彌散和分子擴(kuò)散的結(jié)果。實(shí)際上,由于上述方程絕大部分都含有一階或二階偏微分項(xiàng),這就增加了求得掘進(jìn)工作面瓦斯與空氣混合流場(chǎng)控制方程解析解的困難程度。因此,可專(zhuān)門(mén)采用基于偏微分方程的有限元求解平臺(tái)——COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)耦合分析工具來(lái)進(jìn)行模擬研究。

學(xué)生思考一段時(shí)間后，給出回答：在研究二次函數(shù)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，想到可以研究三次函數(shù)的奇偶性，比如是奇函數(shù)；對(duì)稱(chēng)性，包括對(duì)稱(chēng)軸、對(duì)稱(chēng)中心等；單調(diào)性；函數(shù)的范圍，即函數(shù)的定義域、值域等；函數(shù)的零點(diǎn)；函數(shù)的周期性；函數(shù)是否有極值點(diǎn)，如果有，有幾個(gè)……

2.1 幾何模型

本次模擬屬于概念研究,沒(méi)有實(shí)際的算例作為原型。參照國(guó)內(nèi)大部分掘進(jìn)工作面的實(shí)際情況,選擇巷道斷面尺寸為4 m×4 m。為充分研究突出瓦斯氣流在掘進(jìn)面直巷中的傳播規(guī)律,模擬巷道長(zhǎng)度確定為100 m。掘進(jìn)巷道采用壓入式通風(fēng)機(jī)供風(fēng),風(fēng)筒直徑為0.25 m,位于巷道上部3.75 m處,風(fēng)筒端部出口距離掘進(jìn)頭0.5 m。為便于分析,設(shè)定瓦斯突出口為尺度0.5 m×0.5 m的正方形,其位置位于掘進(jìn)頭中央。

為研究突出瓦斯在掘進(jìn)面流場(chǎng)中的運(yùn)移特性與擴(kuò)散規(guī)律,在掘進(jìn)巷道中布置2條監(jiān)測(cè)線和6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),見(jiàn)圖2所示。圖2中監(jiān)測(cè)線1(line1)位于巷道中心線(高度2 m),在該監(jiān)測(cè)線上距離掘進(jìn)頭3 m、5 m、10 m、20 m、40 m和80 m處設(shè)置了6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn);監(jiān)測(cè)線2(line2)位于與中心線平行的縱軸線,其距底板高度為1 m;數(shù)字1～6表示監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖2 掘進(jìn)工作面監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)線布置圖

2.2 初始值和邊界條件

數(shù)值模擬的初始條件包括溫度、氣體壓力、動(dòng)力粘度等參數(shù)。正常通風(fēng)條件下,掘進(jìn)巷的風(fēng)流為紊流狀態(tài)。為簡(jiǎn)化分析,將整個(gè)過(guò)程視為等溫過(guò)程,并忽略巷道內(nèi)的阻力變化。為考察不同初始條件下瓦斯氣體運(yùn)移規(guī)律的差異,風(fēng)筒的風(fēng)速選擇為5 m/s、6 m/s和7 m/s,突出瓦斯氣體的平均速度為20 m/s、30 m/s和40 m/s。模型相關(guān)初始條件的取值:空氣密度1.29 kg/m3,瓦斯密度0.7168 kg/m3,空氣動(dòng)力粘度5×10－5Pa·s,瓦斯動(dòng)力粘度1.34×10－5Pa·s,掘進(jìn)面初始?xì)怏w壓力0.1 MPa,掘進(jìn)面初始空氣濃度0.3 mol/m3。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 正常通風(fēng)時(shí)的流場(chǎng)參數(shù)

圖3 正常通風(fēng)時(shí)流場(chǎng)參數(shù)分布云圖及監(jiān)測(cè)線分布曲線圖

3.2 瓦斯突出時(shí)的流場(chǎng)參數(shù)

設(shè)定瓦斯突出口為尺度0.5 m×0.5 m的正方形,其位置位于掘進(jìn)頭中央,采用高斯脈沖函數(shù)來(lái)控制突出口的開(kāi)關(guān),持續(xù)時(shí)間1.2 s,其表述形式如圖4所示。

圖4 瓦斯突出開(kāi)關(guān)高斯脈沖控制函數(shù)圖gp1(t)

定義高斯脈沖的函數(shù)表達(dá)式為gp1(t),則突出口處的瓦斯初始速度為UCH4·gp1(t)。顯然,圖4顯示的控制函數(shù)有效速度的持續(xù)時(shí)間為0～1.2 s,峰值出現(xiàn)在0.6 s處。為重點(diǎn)研究突出后瓦斯速度隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律,在速度分析時(shí)暫不考慮風(fēng)筒中壓入風(fēng)流的作用,突出速度設(shè)定為40 m/s,則1.5 s內(nèi)掘進(jìn)頭附近的速度分布云圖及兩監(jiān)測(cè)線的速度分布曲線如圖5所示。

圖5(a)～(c)顯示的是0 s、0.6 s和1.5 s時(shí)掘進(jìn)頭附近的突出瓦斯速度分布云圖,圖5(d)～(f)顯示的是該時(shí)刻兩監(jiān)測(cè)線的速度分布曲線,從圖5中可以明顯看出所研究區(qū)域的速度差異。在模擬的第一步,僅掘進(jìn)頭附近出現(xiàn)較小的初始速度,其余位置未受到突出瓦斯的影響,這一點(diǎn)可通過(guò)圖5(d)測(cè)線2(靠近底板處)的速度分布曲線近似為零來(lái)佐證;當(dāng)t＝0.6 s時(shí),根據(jù)高斯脈沖控制函數(shù)可知,此時(shí)突出瓦斯達(dá)到最大值,同時(shí)通過(guò)圖5(b)可以看出,由于掘進(jìn)斷面較小,氣體在巷道頂?shù)装宄霈F(xiàn)了速度轉(zhuǎn)向,進(jìn)而形成了與巷道中部相同的速度增大區(qū),對(duì)比圖5(e)的分布曲線,可以發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)線2從兩速度增大區(qū)之間穿過(guò),進(jìn)而形成了較為明顯的速度轉(zhuǎn)折階段;當(dāng)t＝1.5 s時(shí),突出口已不再有瓦斯噴出,流體在慣性作用下向前運(yùn)動(dòng),其速度較t＝0.6 s時(shí)出現(xiàn)明顯下降,由于受到巷道風(fēng)筒障礙物等的影響,此時(shí)的速度分布場(chǎng)較為復(fù)雜,同時(shí)在圖5(f)中的速度分布曲線上同時(shí)出現(xiàn)了雙峰值的情況。

圖5 突出時(shí)流場(chǎng)參數(shù)分布云圖及監(jiān)測(cè)線分布曲線圖

3.3 突出瓦斯混合流體的運(yùn)移規(guī)律

當(dāng)突出停止后,涌向采掘空間的瓦斯氣團(tuán)將與風(fēng)筒射出的正常風(fēng)流交匯,并在風(fēng)流和濃度擴(kuò)散作用下逐漸向巷外移動(dòng)。同時(shí)考慮風(fēng)筒中壓入風(fēng)流和突出速度,其中風(fēng)筒壓入速度設(shè)定為6 m/s,突出設(shè)定為40·gp1(t)m/s。為簡(jiǎn)便分析,假定突出的瓦斯為純量的甲烷氣體,則整個(gè)過(guò)程中的瓦斯?jié)舛确植记闆r如圖6所示。

圖6 突出后巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊臅r(shí)空分布情況

圖6模擬的是當(dāng)瓦斯突出停止后,與風(fēng)筒射出的正常風(fēng)流交匯的瓦斯團(tuán)濃度隨時(shí)間和空間位置的變化情況。從圖中可以看出,瓦斯氣團(tuán)在風(fēng)流和濃度擴(kuò)散的作用下整體向巷道出口運(yùn)移,其最大濃度不斷下降,影響區(qū)域不斷擴(kuò)大。與此同時(shí),瓦斯氣團(tuán)濃度最高點(diǎn)的位置也經(jīng)歷了由底板向頂板的集中,這是由風(fēng)流和瓦斯的升浮特性共同決定的。

圖6僅能從整體上反映突出后巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊臅r(shí)空分布情況。為探討瓦斯氣團(tuán)的具體運(yùn)移特性,分析不同時(shí)刻監(jiān)測(cè)線1和瓦斯經(jīng)過(guò)圖3所示的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的濃度參數(shù),并研究其各峰值點(diǎn),將結(jié)果匯總?cè)鐖D7所示。

圖7(a)和圖7(c)為瓦斯?jié)舛仍诒O(jiān)測(cè)線1和各監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于時(shí)間和空間的分布曲線,圖7 (b)和圖7(d)為由此所擬合的衰減曲線。從圖7 (a)可以看出,隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加,曲線逐漸右移,其覆蓋范圍增大,曲線峰值降低,對(duì)應(yīng)于瓦斯氣團(tuán)逐漸向外移動(dòng)、影響范圍逐漸增大和瓦斯峰值濃度隨之下降;圖7(b)為采集各曲線峰值點(diǎn)的瓦斯?jié)舛榷鴶M合的曲線,反映的是瓦斯的濃度峰值隨時(shí)間的衰減規(guī)律,可以發(fā)現(xiàn)其與冪函數(shù)y＝0.1797t－0.446的擬合程度較好;圖7(c)反映的是瓦斯團(tuán)在巷道內(nèi)運(yùn)移經(jīng)過(guò)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)的濃度變化曲線,通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn),由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1恰好位于工作面前方渦旋區(qū)的核心位置,且突出后氣團(tuán)濃度集中于底板附近,故監(jiān)測(cè)點(diǎn)1濃度較低且衰減緩慢,從測(cè)點(diǎn)2開(kāi)始,隨著監(jiān)測(cè)距離的增大,瓦斯氣團(tuán)流經(jīng)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間也在隨著增長(zhǎng),這同樣反應(yīng)瓦斯氣團(tuán)影響范圍的增大和速度的減小;類(lèi)似地,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度峰值也在不斷降低,取各峰值進(jìn)行擬合也可以得出瓦斯?jié)舛确逯惦S距離增大而呈現(xiàn)冪級(jí)數(shù)衰減的規(guī)律。由上述分析可知,突出瓦斯氣團(tuán)的運(yùn)移速度、影響范圍隨時(shí)間和空間的變化而改變,且瓦斯?jié)舛确逯惦S時(shí)間和空間均呈冪函數(shù)衰減規(guī)律。

圖7 瓦斯?jié)舛确植技皶r(shí)空衰減擬合曲線(風(fēng)筒風(fēng)速6 m/s,突出速度40 m/s)

3.4 不同風(fēng)速和突出速度下瓦斯混合流體的運(yùn)移規(guī)律

圖7顯示的是風(fēng)筒風(fēng)速為6 m/s,瓦斯噴出速度為40 m/s時(shí)的瓦斯?jié)舛确植技皶r(shí)空衰減擬合曲線。類(lèi)似地,當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)速不變、瓦斯噴出速度為20 m/s和30 m/s,瓦斯噴出速度不變、風(fēng)筒風(fēng)速為5 m/s和7 m/s時(shí)的瓦斯運(yùn)移特征可采用COMSOL Multiphysics參數(shù)化掃描的方式來(lái)進(jìn)行求解。上述組合形式下監(jiān)測(cè)線1所計(jì)算的瓦斯?jié)舛确逯惦S時(shí)間衰減擬合曲線如圖8所示。

圖8 不同風(fēng)筒風(fēng)速和突出速度下監(jiān)測(cè)線1瓦斯氣體峰值濃度的時(shí)空衰減擬合曲線

圖8顯示的是不同風(fēng)筒風(fēng)速和突出速度下監(jiān)測(cè)線1瓦斯氣體峰值濃度的時(shí)空衰減擬合曲線,可得出以下結(jié)論:由于瓦斯突出開(kāi)關(guān)高斯脈沖控制函數(shù)相同,突出速度的增大同樣意味著進(jìn)入巷道瓦斯量的增大,當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)速不變時(shí),瓦斯氣團(tuán)的初始濃度和整體濃度也隨之升高,衰減系數(shù)卻不斷下降,這表明瓦斯氣團(tuán)的整體濃度上升、在巷道中持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)、濃度衰減變慢,從而突出的危險(xiǎn)性增大;當(dāng)突出速度不變時(shí),隨著風(fēng)筒壓入風(fēng)流速度的增加,橫坐標(biāo)持續(xù)時(shí)間變短,擬合曲線a值下降,b值上升,對(duì)應(yīng)瓦斯氣團(tuán)運(yùn)移的速度明顯加快,整體瓦斯氣團(tuán)的濃度降低,且瓦斯衰減速度加快。換言之,在相同的瓦斯涌出量條件下,風(fēng)筒輸入的新鮮風(fēng)量越大,掘進(jìn)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珴舛人璧臅r(shí)間也就越短。

4 結(jié)論

(1)采用COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)耦合分析工具可較好的刻畫(huà)掘進(jìn)工作面正常通風(fēng)時(shí)的速度場(chǎng)、湍流和靜壓分布特征,也可利用該工具來(lái)對(duì)突出時(shí)的流場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行分析,加入物質(zhì)傳遞模塊后又可準(zhǔn)確模擬突出瓦斯氣流的運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律。

(2)突出瓦斯氣團(tuán)在風(fēng)流和濃度擴(kuò)散的作用下整體向巷道出口運(yùn)移,其影響范圍逐漸變大,運(yùn)移速度變慢,持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng),且峰值濃度隨時(shí)間和空間均按冪函數(shù)規(guī)律衰減。

(3)突出瓦斯氣團(tuán)的峰值衰減特性受風(fēng)筒風(fēng)速和突出速度等因素的綜合作用。風(fēng)筒風(fēng)速越小、突出速度越大,則瓦斯氣團(tuán)的整體濃度越大、在巷道中持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)、濃度衰減越慢,突出的危險(xiǎn)性也越大。

[1] 楊艷國(guó).寺河礦煤巷掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2010

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(責(zé)任編輯 張艷華)

財(cái)政部明確企業(yè)改制重組有關(guān)土地增值稅政策

繼不久前企業(yè)兼并重組獲得所得稅優(yōu)惠之后,財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局日前又送上暫免三年土地增值稅的稅收大紅包。

財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局近日對(duì)外公布的《關(guān)于企業(yè)改制重組有關(guān)土地增值稅政策的通知》指出,按照《公司法》規(guī)定,非公司制企業(yè)整體改建為有限責(zé)任公司或者股份有限公司,有限責(zé)任公司(股份有限公司)整體改建為股份有限公司(有限責(zé)任公司)。對(duì)改建前的企業(yè)將國(guó)有土地、房屋權(quán)屬轉(zhuǎn)移、變更到改建后的企業(yè),暫不征土地增值稅。

按照法律規(guī)定或者合同約定,兩個(gè)或兩個(gè)以上企業(yè)合并為一個(gè)企業(yè),且原企業(yè)投資主體存續(xù)的,對(duì)原企業(yè)將國(guó)有土地、房屋權(quán)屬轉(zhuǎn)移、變更到合并后的企業(yè),暫不征土地增值稅;企業(yè)分設(shè)為兩個(gè)或兩個(gè)以上與原企業(yè)投資主體相同的企業(yè),對(duì)原企業(yè)將國(guó)有土地、房屋權(quán)屬轉(zhuǎn)移、變更到分立后的企業(yè),暫不征土地增值稅。此外,單位、個(gè)人在改制重組時(shí)以國(guó)有土地、房屋進(jìn)行投資,對(duì)其將國(guó)有土地、房屋權(quán)屬轉(zhuǎn)移、變更到被投資的企業(yè),暫不征土地增值稅。通知明確,暫免土地增值稅的期限為2015年1月1日至2017年12月31日。不過(guò),并非所有改制重組企業(yè)都能享受稅收優(yōu)惠。兩部門(mén)規(guī)定,所有改制重組有關(guān)土地增值稅政策不適用于房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)。

Numerical simulation of diffusion characteristic of outburst gas at working face

Sun Xiaoyuan1,2,Dong Lihui1,Sun Yingfeng1,Guan Cheng1,Fu Shuai1,Wei Shanyang3
(1.Faculty of Resource and Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China; 2.College of Environment and Safety,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China 3.School of Safety Engineering,North China Institute of Science and Technology,Sanhe,Hebei 101601,China)

To exactly investigate the parameter characteristics for outburst-gas diffusion and migration,the model of outburst-gas migration was set up by Navier-stokes equation and diffusion equation.The law of characteristic parameters varied with time and position after the mix of gas and air was studied by using COMSOL Multiphysics software.In addition,the influences of wind speed in the blasting tube and the maximum initial speed of outburst gas on the gas migration were discussed.The results showed that the outburst gas mass migrated towards the exit of roadway under the action of wind flow and concentration diffusion.The range of influence of outburst gas mass increased gradually,the migration rate slowed down,the duration was prolonged and the peak concentration decreased with time and space in a power function.So the decrease of peak concentration of outburst gas in the driving roadway was controlled by the combination of the maximum initial speed of outburst gas and the wind speed in the blasting tube.

gas outburst,diffusion and migration,spatial and temporal distribution,wind speed in blasting tube,initial speed of gas outburst,COMSOL Multiphysics

TD712.5

A

孫曉元(1987－),男,山東德州人,教師,在讀博士,主要從事煤巖動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)與防治工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51274206),國(guó)家自然科學(xué)青年基金資助項(xiàng)目(51404277),河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(KJ2H2013K08)