煤炭学报

作者：陈方兴, 郝小礼, 陈世强, 张建伟, 田峰, 吴雪,

关键词：采空区, 多孔介质, 孔隙率, 流态转捩, 压力损失, 平均水力半径,

随着煤矿向深部开采热动力灾害发生风险增大，快速预测采空区内流动损失成为煤矿精准防灭火的关键。结合采空区流动特征，提出一种孔隙率可调整的球−柱组装体采空区多孔介质物理模型，通过控制角度θ大小改变模型总体孔隙率。进一步地，划分模型流动最小体元，并将流动过程分为10个阶段，基于平均水力半径模型以及简化后的突扩−突缩并联通道局部阻力理想模型，建立单位长度压力损失表达式。通过计算模型预测压损数值，对比了试验、数值模拟以及Ergun方程计算结果，并验证了数值模拟结果可靠性。结果表明：试验数据与计算模型预测值相对误差最大不超过10%，证明计算模型方法可行；无量纲流动损失M在雷诺数Re∈0, 10区间内以黏性损失项为主，与总损失的偏差小于7%。在Re∈0, 10区间内，计算模型与Ergun方程的预测结果对比数值模拟计算结果相对误差均小于10%；在Re∈10, 1200区间内，Ergun方程结果相对误差超20%，而计算模型结果在10 < Re < 300情况下相对误差超出许可范围，最大为22%，说明计算模型可用于单位长度压损预测。多孔介质流态对压损的影响十分显著，对无量纲流动损失F的分析表明，随着雷诺数增大多孔介质流态发生转变，具体可划分为4个流动区域，分别为完全层流区(0 < Re ≤ 1)、层流主导区(1 < Re ≤ 10)、转捩区(10 < Re ≤ 700)以及完全湍流区(Re > 700)，根据流动损失的组成划分流动形式界限，当1 < Re < 10为达西流，当Re > 10为非达西流。研究成果可为采空区精准防灭火的工程实践提供理论依据。

来源：2025年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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