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
秦跃平
郭铭彦
唐飞
刘强
张冀昕
侯浩楠
赵微
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083
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
分类号：TD727(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC2904100)国家自然科学基金(51574249)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 409-420 )
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