[发明专利]一种巷道多通道环境瓦斯浓度场可视化模拟方法

说明书

一种巷道多通道环境瓦斯浓度场可视化模拟方法，通过分别建立三维环境下单通道瓦斯气味源扩散的模型、巷道壁面均匀涌出的瓦斯扩散的模型，并分别研究瓦斯气味源扩散以及巷道壁面均匀涌出的瓦斯扩散的动态特性，再将步骤一中的瓦斯气味源与步骤二中的巷道壁面均匀涌出的瓦斯相结合，实现三维环境下多通道瓦斯的数值模拟，该方法能够及时分析出巷道瓦斯的分布特点，并了解巷道内瓦斯的分布规律，进而实现井下采场监测并且确立合理的通风方式，减少巷道内瓦斯聚积的情况发生。

技术领域

本发明涉及一种巷道瓦斯浓度处理方法，具体是一种巷道多通道环境瓦斯浓度场可视化模拟方法，属于巷道瓦斯浓度监测技术领域。

背景技术

在煤矿的开采过程中，煤气事故引起的煤气泄漏频繁，对煤矿生产安全构成了巨大威胁。其中，煤气是各类有毒气体的总称，甲烷占其总成分九成以上。

当发生瓦斯泄漏事故时，由于地下矿采的环境十分复杂，救援任务难以实施，国家需要投入大量的人力与物力来开展救援任务。面对地下频繁发生的瓦斯泄漏事故，管理者有必要实现对地下的实时监控，提前预防，避免瓦斯事故，来确保安全高效的生产。

煤矿井下巷道瓦斯的存在是一个不确定的因素，如果不对瓦斯浓度进行合理监测，并根据监测结果采取合理的通风方式，会增加巷道内瓦斯聚积的情况发生。

目前对于瓦斯气体扩散的研究，目前大多归为以下三类方法：现场试验、风洞试验和数值模拟。现场试验指的是建立一个类似实际事故现场的场景，并保证模拟场景中泄漏物质的数量和速度，以及气象环境与地形条件与真实的事故现场相一致，因为实验场景与实际场景相一致，可以获得较为真实可靠的数据，甚至可以从模拟场景中找到一些真实场景中未被发现的问题；风洞试验指的是模拟在自然环境中人工风危险气体的泄露，可以研究气体扩散的整个过程，风洞试验方法的优势是可以很容易地调整和控制一些试验参数，因此试验的重复性很好，但是因为现场试验和风洞试验都需要建立仿真环境，因此需要投入大量的试验资金，并且试验条件很难普遍的实施与广泛的推广。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道多通道环境瓦斯浓度场可视化模拟方法，该方法能够及时分析出巷道瓦斯的分布特点，并了解巷道内瓦斯的分布规律，进而实现井下采场监测并且确立合理的通风方式，减少巷道内瓦斯聚积的情况发生。

为解决上述技术问题，本发明提供一种巷道多通道环境瓦斯浓度场可视化模拟方法，包括以下步骤：

步骤一：建立三维环境下单通道瓦斯气味源扩散的模型，研究瓦斯气味源扩散的动态特性；

步骤二：建立三维环境下巷道壁面均匀涌出的瓦斯扩散的模型，研究巷道壁面均匀涌出的瓦斯扩散的动态特性；

步骤三：将步骤一中的瓦斯气味源与步骤二中的巷道壁面均匀涌出的瓦斯相结合，实现三维环境下多通道瓦斯的数值模拟。

步骤一中建立三维环境下单通道瓦斯气味源扩散的模型，利用前处理器软件进行前期网格划分，划分网格的步骤为：

①先创建一个空间环境的大体结构，建立空间体积；

②在空间体积的基础上，建立进风口和出风口所需的平面，并将这些平面从整个空间体积中切割出去；

③加入气味源0.04m×0.04m×0.04m的小体积，并将这个小体积从整个空间体积中挖去，但是要保留下来，若需要创建障碍物，同样的方法建立体积，但是不需要保留；

④将重合的线还有平面都要合并，不能出现重叠部分，否则会影响到后期的数据分析，可能导致出错；

⑤划分网格，划分网格时，先将出风口和进风口对应的平面进行划分，然后将气味源和整个体积分开进行划分；

⑥对气流进口、出口、墙面以及气味源的类型进行边界条件定义；