采空区非均质多孔介质渗透特性三维建模及应用

为了减小采空区渗透率分布对流场数值模拟精确程度的影响，在岩梁理论和“O”型圈理论研究的基础上，分析了采空区非均质多孔介质孔隙分布规律，建立了采空区孔隙率及渗透率三维分布数学模型；以姚桥煤矿7271综放工作面采空区注CO2防灭火技术为研究背景，采用FLUENT数值模拟方法，分别研究了采用渗透率三维分布模型及不同固定常数渗透率时采空区气体运移规律，并进行了现场实测对比分析。研究结果表明，沿采空区深度方向，采空区的孔隙率在靠近工作面侧较大；沿工作面倾向，采空区内靠近煤柱侧的孔隙率变化较大，压实稳定区的孔隙率较小。随着渗透率的增大，工作面漏入采空区的漏风量增大，CO2不易在采空区中聚集；当渗透率减小时，CO2的体积分数由回风巷侧逐渐向进风巷侧升高。数值模拟采用渗透率三维分布函数得出的结果与实测数据的平均误差为8.0%，小于固定常数渗透率，以为采空区风流场数值模拟研究提供了基础参数依据。