煤炭科学技术

作者：苏培莉, 杨述, 刘锋,

关键词：煤矿突水, 骨料灌注, 临界流速, 沉积主域, 固–液两相流,

灌注骨料形成阻水屏障实现截流降速是井下治水工程的关键所在。为定量描述骨料堆积生长的时空演化机理，提出了将骨料沉降堆积过程切分为具有一定厚度的片状颗粒层堆叠过程的分析计算方法，以及动水环境中骨料灌注后从沉降到堆积全过程关键参量(颗粒水平移距xd，动水休止角ψ，未接顶区流速U，骨料留存临界流速Ucr)的理论计算公式，在此基础上构建了骨料堆积体生长预测模型。通过CFD-DEM双向耦合算法研究了骨料灌注期间流场分布演化特征和骨料堆积形态差异，并验证了预测模型合理性。研究表明：空间上，依据初始流速Us是否超过骨料起动流速Uc或骨料留存临界流速Ucr，可将截流初期骨料沉积主域的所在位置划分为3个区域，若沉积主域位于③区，则将其视为无效灌注；时间上，骨料堆积体生长过程可归结为3个阶段：高度快速增长阶段、高度长度同步生长阶段、仅水平向伸长阶段；初始流速决定了第1阶段的有无，而灌注条件(骨料粒径、灌注速度)主导着第1阶段所持续的时间；基于泥沙运动力学中推移质输沙率、起动流速等概念，得出了堵孔现象发生及骨料能否留存的临界判据；数值模拟试验结果表明，预测模型能够较好地刻画骨料灌注后的堆积生长规律，骨料堆积稳定后，理论计算值与模拟试验值相对误差小于10%。

来源：2024年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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