井下湧水點 H2S氣體擴散規律
井下湧水點 H2S氣體擴散規律
1基礎參數
計算域采用K-Epsilon湍流模型，以澄合礦區井下實際巷道為例建立模型，選取20m（長）*4m（高）巷道作為模擬研究對象，硫化氫湧出點設定在（0，0）位置，在一定的風速條件下，假設H2S氣體自湧出源持續不斷的湧出，並保持湧出點濃度恒定。模擬考察H2S氣體運移擴散規律。其他模擬參數見下表1：
表1模擬參數表
序號 |
參數名稱 |
參數值 |
單位 |
1 |
巷道氣體初始密度 |
1.293 |
kg/m3 |
2 |
H2S氣體相對密度 |
1.539 |
kg/m3 |
3 |
H2S氣體湧出濃度 |
12 |
ppm |
4 |
H2S氣體動力粘滯係數 |
1.08e-5 |
Pa·s |
5 |
重力加速度 |
9.81 |
m/s2 |
6 |
巷道風速 |
1 |
m/s |
2模擬結果及實測數據對比03manbetx
圖1 1m/s風速條件下H2S氣體擴散濃度圖
圖2 1m/s風速條件下沿底板H2S氣體分布曲線圖
由模擬結果03manbetx 可知，在巷道風速的影響下，隨著巷道距離的增加，H2S氣體濃度逐漸減小。為驗證所建數學模型的正確性，在井下另一處巷道實測湧水點處H2S氣體逸散濃度為12ppm，距湧水點不同距離H2S氣體濃度實測結果見表2。
表2 實測結果及模擬結果對比表
編號 |
距湧出點距離/m |
實測H2S氣體濃度/ppm |
模擬結果/ppm |
1 |
0.5 |
12 |
12.3 |
2 |
1 |
12 |
12 |
3 |
2 |
12 |
11.6 |
4 |
5 |
11 |
10.9 |
5 |
10 |
10 |
9.9 |
6 |
20 |
9 |
9.1 |
由表2數據03manbetx 可知，模擬結果與現場實測結果基本吻合，表明所建數學模型基本正確，能反映井下H2S氣體運移擴散規律。
3 H2S氣體擴散運移規律
所以H2S氣體的運移擴散過程大致可分為三個階段：
（1）重力擴展階段。由圖1、圖2可知，H2S氣體在擴散初期，主要受湍流擾動和重力作用，巷道風流在湧出點受到幹擾後，會造成湍流現象，導致空氣不能有效與H2S氣體混合，同時在重力驅使下，H2S氣體沿著地表擴散，造成出水點後一定範圍內H2S氣體濃度略有升高。在地表擴展漫延過程中，高含硫天然氣雲主要在水平方向運動，同時，隨著周圍風流的不斷卷吸作用，逐漸向巷道內擴散。
（2）被動擴散階段。由圖2可知，H2S其濃度在經過短暫升高後一直，保持下降趨勢。圖1中6m～10m範圍內，垂直方向上H2S氣體濃度差逐漸減小。這一階段高濃度H2S氣體不斷的卷吸混合空氣，不斷稀釋，其濃度不斷降低。
（3）均勻擴散階段。由圖2可知，曲線斜率逐漸降低，在不斷的擴散過程中，H2S氣體濃度逐漸減小，同時其密度也逐漸減小，由密度引起的重力驅動作用越來越小，H2S氣體的運移擴散主要受巷道內風流作用影響。
