矿井风网与采空区流场边界耦合模型与求解技术

摘要

为揭示煤矿巷道和采空区中整体风流的流动机理,通过将采空区漏风边界的流量添加到矿井通风网络,建立矿井风网与采空区流场的边界耦合模型.基于矿井通风网络的节点压力解算法与采空区渗流场的有限元求解法,研究矿井风网与采空区流场边界耦合模型的迭代求解流程.分析基于线性渗流模型求解采空区非线性渗流模型的方法及控制方程组,用PARDISO作为耦合模型中大型稀疏线性方程组的求解器的软件开发接口.采用VC++与ObjectARX编写相应的模拟软件(简称i-MVS)模拟2个算例,验证模型的有效性与性能.研究结果表明:采空区流场的模拟需要矿井通风网络的解算结果为其提供压力边界条件,对新的矿井通风网络的解算又需要采空区流场的模拟结果来提供漏风边界上的流量,两者之间形成了相互依赖的耦合关系;耦合模型中的新风网是一个含有边界流量的不闭合网络,必须采用矿井通风网络的结点压力法进行解算;耦合模型实现了矿井通风网络与多个采空区流场的集成求解,其计算量是常规采空区流场模拟的若干倍,采用PARDISO求解器实现了对耦合模型的高效求解;相比于常用的模拟煤矿采空区流场的方法,耦合模型的准确度提高了12％.