一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法技术

本发明专利技术属于煤矿采空区分析技术领域，公开了一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法，采空区空气运动阻力的分析方法结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性，将沿采空区倾向从上到下冒落岩石分为无压区、受压区和压实区；并对急倾斜煤层开采采空区风流层流风阻R1、紊流风阻R2进行分析；推导出急倾斜开采采空区空气流动阻力计算公式。本发明专利技术对分析急倾斜煤层采空区空气流动规律有一定的指导意义，对分析急倾斜煤层采空区漏风情况即“三带”分布有一定的实际意义。

An analysis and calculation method of air movement resistance in Goaf

The invention belongs to the technical field of coal mine goaf, discloses a mining area of resistance free air movement analysis and calculation method, analysis method of mining area of resistance air movement empty with coal mining goaf falling rock movement characteristics of steep inclined goaf along the tendency from the top to the bottom of the falling rocks divided into non pressure zone, compression zone and compaction zone; and the coal mining goaf, turbulent drag drag laminar R1 R2 analysis of steep; derived steep mining district air flow resistance formula. The invention has certain guiding significance for analyzing the rule of air flow in the goaf of steep inclined coal seam, and has certain practical significance for analyzing the air leakage situation in the goaf of steep inclined coal seam, that is, the \three zones\ distribution.

【技术实现步骤摘要】
一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法
本专利技术属于煤矿采空区分析
，尤其涉及一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法。
技术介绍
正确认识急斜煤层开采时采空区冒落岩石的移动特征，是研究采空区孔隙率分布、确定漏风风阻特性和控制裂隙漏风的基础，为控制裂隙漏风，防止采空区遗煤自燃提供依据，对提高煤炭回收率和保证安全生产都有重要意义。正确认识急斜煤层开采时采空区冒落岩石的移动特征，是研究采空区孔隙率分布、确定漏风风阻特性和控制裂隙漏风的基础；准确计算采空区风流阻力是模拟研究采空区三带划分前提。本专利技术为准确计算分析采空区漏风规律，确定采空区“三带”分布提供依据，为防止采空区遗煤自燃具有重要意义。综上所述，现有技术存在的问题是：1.现有技术中，没有结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性，提出在沿采空区倾向和走向静态的分为无压区、受压区和压实区；2.现有技术中，没有考虑采空区风流风阻沿倾向和走向的变化规律特征。3.现有技术中，计算采空区风流风阻时，R1和R2仅是x(采空区内距工作面距离)的函数，没有考虑R1和R2沿倾斜方向(y)的变化，显然计算得出的急倾斜煤层开采环境下采空区的漏风风阻与实际是不相符的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法。本专利技术是这样实现的，一种采空区空气运动阻力的分析方法，所述采空区空气运动阻力的分析方法结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性，将沿采空区倾向从上到下冒落岩石分为无压区、受压区和压实区，沿采空区走向从工作面到采空区深处冒落岩石分为无压区、受压区和压实区；由此，定性得出急倾斜煤层开采采空区风流流动风阻分布规律，并对急倾斜煤层开采采空区漏风层流风阻R1、紊流风阻R2进行分析，推导出急倾斜煤层才开采空区空气流动阻力计算公式。进一步，应用网络解算方法模拟采空区滤流场采用的采空区空气动力阻力特性方程为：h＝R1Q+R2Q2，式中：R1、R2—分别为层流风阻和紊流风阻，kg/m7；Q—漏风量，m3/s。进一步，漏风层流风阻R1、紊流风阻R2计算公式分别为：式中：k—在采空区内沿倾斜方向上的风阻变化梯度，按式下式计算k＝H1/H2+(1-H1/H2)·sin(π·y/ly)；H1—采空区中部顶板的下沉量，m；H2—采空区上、下边界处顶板下沉量的平均值，m；ly—工作面的长度，m；y—距工作面进风巷距离，m。进一步，用漏风层流风阻R1、紊流风阻R2计算公式计算急倾斜煤层开采环境下采空区的风阻值，并绘制出三维图，推导出急倾斜煤层开采-采空区空气流动规律。本专利技术的另一目的在于提供一种采空区空气运动阻力的分析、计算方法。本专利技术的优点及积极效果为：1.本专利技术在分析前人分析成果的基础上，结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性。提出沿采空区倾向(从上到下)冒落岩石可分为无压区、受压区和压实区三个区域的概念，提出沿采空区走向(从工作面到采空区深部)冒落岩石分为无压区、受压区和压实区三个区域的概念，这与实际是相符的。2.定性得出急倾斜煤层开采采空区风流流动风阻分布规律，填补了当前这方面研究的空白。3.推导出急倾斜煤层才开采空区空气流动阻力计算公式。修正了当前的计算方法。使计算结果与实际更相符合。并在这基础之上推导出柔性掩护支架开采采空区漏风层流风阻(R1)、紊流风阻(R2)的计算公式。对分析柔性掩护支架采煤采空区空气流动规律有一定的指导意义，对分析急倾斜煤层柔性掩护支架采煤采空区漏风情况即“三带”分布有一定的实际意义。附图说明图1是本专利技术实施例提供的沿倾向采空区冒落岩石受压状况分为无压区、受压区和压实区三个区域图。图2是本专利技术实施例提供的沿走向采空区冒落岩石受压状况图。图3是本专利技术实施例提供的沿走向方向风阻变化趋势图。图4是本专利技术实施例提供的沿倾向方向风阻变化趋势图。图5是本专利技术实施例提供的用改进后的公式计算急倾斜煤层开采环境下采空区的风阻值，并绘制的三维图。图6是本专利技术
技术介绍
中开采急倾斜煤层时围岩应力重新分布示意图。图中：I、直接顶冒落带；II、顶板中的卸压拱；III、支承压力区；IV、回风水平处的盆地型下沉区；V、底板中的卸压区。图7是本专利技术
技术介绍
中冒落岩石滑落对采空区下部的充填作用图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性。提出了沿采空区倾向(从上到下)冒落岩石可分为无压区、受压区和压实区三个区域的概念。并推导出急倾斜煤层开采采空区漏风层流风阻(R1)、紊流风阻(R2)的计算公式。对分析急倾斜煤层采空区空气流动规律有一定的指导意义。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。1、采空区漏风阻力定律基于采空区在氧化带范围内基本上属于过渡流的流态，本文应用网络解算方法模拟采空区滤流场采用的采空区空气动力阻力特性方程为：h＝R1Q+R2Q2(1-2)式中：R1、R2—分别为层流风阻和紊流风阻，kg/m7；Q—漏风量，m3/s。2、采空区漏风风阻采空区内层流风阻计算准确与否对于模拟结果至关重要。当前我国学者多采用如下公式计算缓倾斜或倾斜煤层层流、紊流风阻，即：式中：a、b—经验系数，取决于顶板冒落岩石性质，其取值如表1所示；c—冒落岩石的压实系数，有它与工作面的推进速度vf(m/d)有关，按式计算。x—采空区内距工作面距离，m；l—采空区内滤流分支的长度，m；s—采空区内滤流分支的横截面积，m2；vf—工作面推进速度，m/d。表1不同岩性冒落岩石的a、b值Table1differentlithologyoffallingrockthea、bvalue根据急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的特征、现场观测及相似模拟实验资料可知，在采空区后的碎岩石移动的过程中伴随着缓慢的筛分现象，较小的岩块集中于碎岩层下部和底板附近，较大的岩块集中于上部和顶板一侧。此外，由于采空区后方堆积的碎矸石是活动性较差的松散体，容易因为板状岩块彼此挤压、大块岩石形成自然平衡拱或小粒粘结性泥质岩发生粘结在采空区上方造成悬空现象。随着工作面的推进，沿倾向采空区冒落岩石堆放存在不均匀性，呈现出明显的三个区域。所以，在急倾斜煤层开采环境下采空区的冒落岩石压力情况按倾向可静态的分为三个区域，可分为无压区、受压区和压实区三个区域如图1所示。根据急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的特征，沿走向采空区冒落岩石呈现如下规律：靠近工作面附近的区域，顶板来不及垮落或者冒落的岩石垮落时间短，采空区充填得不严密，裂隙发育；往采空区深部延伸，冒落的岩石垮落时间较长，采空区充填得较严密，裂隙较发育；继续往采空区深部延伸，冒落的岩石垮落时间长，采空区充填得严密，裂隙不发育。根据现场观测及相似模拟实验资料可知，随着工作面的推进，沿走向采空区冒落岩石堆放存在不均匀性，呈现出明显的三个区域。所以，在急倾斜煤层开采环境下采空区的冒落岩石压力情况按走向也可静态的分为三个区域，可分为无压区、受压区和压实区三个区域如图2所示。在采空区沿走向方向上，采空区冒落岩石由松散堆积的无压区逐渐过度到受压区和压实区。冒落岩石的孔隙率分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法，其特征在于，所述采空区空气运动阻力的分析及计算方法结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性，将沿采空区倾向从上到下冒落岩石分为无压区、受压区和压实区，将沿采空区走向从工作面到采空区深部冒落岩石分为无压区、受压区和压实区；并对急倾斜煤层开采采空区漏风层流风阻R1、紊流风阻R2进行分析；推导出急倾斜煤层开采采空区空气流动计算公式。

【技术特征摘要】
1.一种采空区空气运动阻力的分析及计算方法，其特征在于，所述采空区空气运动阻力的分析及计算方法结合急倾斜煤层开采采空区冒落岩石的移动特性，将沿采空区倾向从上到下冒落岩石分为无压区、受压区和压实区，将沿采空区走向从工作面到采空区深部冒落岩石分为无压区、受压区和压实区；并对急倾斜煤层开采采空区漏风层流风阻R1、紊流风阻R2进行分析；推导出急倾斜煤层开采采空区空气流动计算公式。2.如权利要求1所述的采空区空气运动阻力的分析及计算方法，其特征在于，漏风层流风阻R1、紊流风阻R2计算公式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：骆大勇，周欢，何荣军，黄文祥，陈雄，李星亮，
申请(专利权)人：重庆工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50