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第3期 郑怀昌等：采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪模拟 ,281. b=0.3731,c=0.4249. 明显增加，通过MATLAB对实验数据进行二元线性 所以幂函数为： 回归分析验证，本实验分析结合了绕流”模型与 v=0.9804h0.37310.249 (14) 打气筒模型的特点，对采空区冒落做出较合理的 4.3风速预测模型修正 分析 根据理论公式(12)，在忽略P(hs)项后计算 理论风速并作图如图5所示， 5结束语 (1)以孔口为边界的采空区系统，考虑空气阻 力所做的功及孔口处局部能量损失，结合实际情况： 15 整个采空区冒落可以认为是不同尺寸冒落体相继冒 3 落发生，冒落面积远远小于采空区面积，采空区内并 11 非所有的气流都对冒落体做功. (2)部分气体绕过冒落体，回到冒落体上面的 新空区，随着冒落高度加大，冒落时间延长，绕流到 450 00 .5 上部的空气增多，能量损失加大，因此随着高度的增 350 0.4 面积比 300 加冲击气浪风速增加幅度略有减缓， 2500.2 0.3 him (3)此模型克服了打气筒”模型中计算的冲 图5理论公式计算风速图像 击气浪风速过大的不足，兼顾考虑了顶板下落过程 Fig 5 mage of w ind speed calculated with theoretical fomula 中空气的绕流过程，应该是打气筒和“绕流的复 根据理论推导公式(12)，在忽略9(hs)项后 合模型 计算理论风速与盖板风速差值如表2所示 (4)通过实验分析结果可知，本模型对绕流” 表2理论风速与盖板风速差值表 冒落导致的冲击速度的模拟与计算是合理的 Table 2 Difference tabl of w ind speed beteen theoretical and cover (5)上述模型是基于大规模采空区连锁式顶板 hoar m.s I 冒落假设建立的， h/m 面积比 参考文献 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 250 5.134 6.639 6.459 6.741 8.256 [1]Chen Q K.Ren F Y.LiQ W.et al Sudy on the technicalmeas- 375 5.358 6.753 7.808 8.490 9.081 ures for controlling the mof-fall in m ined area Met M ine 2002 (10):7 500 4.872 7.098 8.339 9.380 9.711 (陈庆凯，任风玉，李清望，等。采空区顶板冒落防治技术措施 的研究.金属矿山，2002(10)：7) 对表2回归，构造幂函数： [2]Janovsky B Seksovskyb P.Horkel J etal Vented confined ex- P(h s)-ah's. plsions in Stramberk experinentalm ne and AutoReaGas smula- 取对数得线性函数： tion J Loss Prev Pmocess Ind 2006.19 280 lgP(hs)=ga十blgh十clgs [3]Rodriguez R.Torano J Menendez M.Prdiction of the aiblast wave effects near a tunnel advanced by drilling and blasting Tun- 对表2数据利用二元线性回归求得参数估计： nelling Underg mound Space Technol 2007,22:241 lga=0.8839=a=7.6542 [4]Lu Z Y,JiH G.Prediction of air shock wave disasters caused by b=0.3007,c=0.0397. moof falling of fnished stopes West China Explor Eng 2007(3): 得幂函数： 101 9(hs)=7.6542h0-3070-0397 (15) (刘宗燕，纪洪广，采空区顶板垮落造成的冲击性灾害预测， 把式(15)代入式(12)，得风速预测修正模型： 西部探矿工程，2007(3)：101) [5]Wu A X.Wang Y M.Hu G B A ir shock wave induced by moof 3kgh falling n a large scale in ultra huge m ned area JChina Univ M in 灿+3∑J2gh Technol2007,36(4)片473 7.6542h0.3070.0397 (16) (保爱祥，王贻明，胡国斌。采空区顶板大面积冒落的空气冲 击波，中国矿业大学学报，2007,36(4)：473) 由以上对绕流模型和打气筒模型的分析 [6]GuT F.Analysis of hurricane mnpact disaster in mining faces J 与实验所得结果均表明：随着冒落高度和冒落面积 Liaoning Tech Univ 2007.26,11 的增加，绕流模型和打气筒模型的冲击气浪均 (下转第305页)第 3期 郑怀昌等： 采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪模拟 ｂ＝0∙3731ｃ＝0∙4249． 所以幂函数为： ｖ＝0∙9804ｈ 0∙3731ｓ 0∙4249 （14） 4∙3 风速预测模型修正 根据理论公式 （12）在忽略 φ（ｈｓ）项后计算 理论风速并作图如图 5所示． 图 5 理论公式计算风速图像 Ｆｉｇ．5 Ｉｍａｇｅｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａ 根据理论推导公式 （12）在忽略 φ（ｈｓ）项后 计算理论风速与盖板风速差值如表 2所示． 表 2 理论风速与盖板风速差值表 Ｔａｂｌｅ2 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔａｂｌｅｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｃｏｖｅｒ ｂｏａｒｄ ｍ·ｓ—1 面积比 ｈ／ｍ 0∙2 0∙3 0∙4 0∙5 0∙6 250 5∙134 6∙639 6∙459 6∙741 8∙256 375 5∙358 6∙753 7∙808 8∙490 9∙081 500 4∙872 7∙098 8∙339 9∙380 9∙711 对表 2回归构造幂函数： φ（ｈｓ）＝ａｈ ｂｓ ｃ． 取对数得线性函数： ｌｇφ（ｈｓ）＝ｌｇａ＋ｂｌｇｈ＋ｃｌｇｓ． 对表 2数据利用二元线性回归求得参数估计： ｌｇａ＝0∙8839⇒ａ＝7∙6542 ｂ＝0∙3007ｃ＝0∙0397． 得幂函数： φ（ｈｓ）＝7∙6542ｈ 0∙3007ｓ 0∙0397 （15） 把式 （15）代入式 （12）得风速预测修正模型： ｖｍａｘ＝ｓ 1 3 3ｋＤｇ 2ｈ 2 ｋｈ＋3∑ξ 2ｇｈ 1 3 ＋ 7∙6542ｈ 0∙3007ｓ 0∙0397 （16） 由以上对 “绕流 ”模型和 “打气筒 ”模型的分析 与实验所得结果均表明：随着冒落高度和冒落面积 的增加“绕流 ”模型和 “打气筒 ”模型的冲击气浪均 明显增加．通过 ＭＡＴＬＡＢ对实验数据进行二元线性 回归分析验证本实验分析结合了 “绕流 ”模型与 “打气筒 ”模型的特点对采空区冒落做出较合理的 分析． 5 结束语 （1） 以孔口为边界的采空区系统考虑空气阻 力所做的功及孔口处局部能量损失结合实际情况： 整个采空区冒落可以认为是不同尺寸冒落体相继冒 落发生冒落面积远远小于采空区面积采空区内并 非所有的气流都对冒落体做功． （2） 部分气体绕过冒落体回到冒落体上面的 新空区随着冒落高度加大冒落时间延长绕流到 上部的空气增多能量损失加大因此随着高度的增 加冲击气浪风速增加幅度略有减缓． （3） 此模型克服了 “打气筒 ”模型中计算的冲 击气浪风速过大的不足兼顾考虑了顶板下落过程 中空气的绕流过程应该是 “打气筒 ”和 “绕流 ”的复 合模型． （4） 通过实验分析结果可知本模型对 “绕流 ” 冒落导致的冲击速度的模拟与计算是合理的． （5） 上述模型是基于大规模采空区连锁式顶板 冒落假设建立的． 参 考 文 献 ［1］ ＣｈｅｎＱＫＲｅｎＦＹＬｉＱＷｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｓ- ｕｒｅｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｒｏｏｆ-ｆａｌｌｉｎｍｉｎｅｄａｒｅａ．ＭｅｔＭｉｎｅ2002 （10）：7 （陈庆凯任凤玉李清望等．采空区顶板冒落防治技术措施 的研究．金属矿山2002（10）：7） ［2］ ＪａｎｏｖｓｋｙＢＳｅｌｅｓｏｖｓｋｙｂＰＨｏｒｋｅｌＪｅｔａｌ．Ｖｅｎｔｅｄｃｏｎｆｉｎｅｄｅｘ- ｐｌｏｓｉｏｎｓｉｎＳｔｒａｍｂｅｒｋｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｉｎｅａｎｄＡｕｔｏＲｅａＧａｓｓｉｍｕｌａ- ｔｉｏｎ．ＪＬｏｓｓＰｒｅｖＰｒｏｃｅｓｓＩｎｄ200619：280 ［3］ ＲｏｄｒｉｇｕｅｚＲＴｏｒａｎｏＪＭｅｎｅｎｄｅｚＭ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｂｌａｓｔ ｗａｖｅｅｆｆｅｃｔｓｎｅａｒａｔｕｎｎｅｌａｄｖａｎｃｅｄｂｙｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｂｌａｓｔｉｎｇ．Ｔｕｎ- ｎｅｌｌｉｎｇＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌ200722：241 ［4］ ＬｉｕＺＹＪｉＨＧ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆａｉｒｓｈｏｃｋｗａｖｅｄｉｓａｓｔｅｒｓｃａｕｓｅｄｂｙ ｒｏｏｆｆａｌｌｉｎｇｏｆｆｉｎｉｓｈｅｄｓｔｏｐｅｓ．ＷｅｓｔＣｈｉｎａＥｘｐｌｏｒＥｎｇ2007（3）： 101 （刘宗燕纪洪广．采空区顶板垮落造成的冲击性灾害预测． 西部探矿工程2007（3）：101） ［5］ ＷｕＡＸＷａｎｇＹＭＨｕＧＢ．Ａｉｒｓｈｏｃｋｗａｖｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｒｏｏｆ ｆａｌｌｉｎｇｉｎａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｉｎｕｌｔｒａ-ｈｕｇｅｍｉｎｅｄ-ａｒｅａ．ＪＣｈｉｎａＵｎｉｖＭｉｎ Ｔｅｃｈｎｏｌ200736（4）：473 （吴爱祥王贻明胡国斌．采空区顶板大面积冒落的空气冲 击波．中国矿业大学学报200736（4）：473） ［6］ ＧｕＴＦ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｕｒｒｉｃａｎｅｉｍｐａｃｔｄｉｓａｓｔｅｒｉｎｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｓ．Ｊ ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖ200726：11 （下转第 305页 ） ·281·