掘进巷道瓦斯运移多相流场实验研究

基于多相流及矿井通风理论,利用相似性实验方法,搭建了煤矿掘进巷道模型,并通过模型实验获得了掘进巷道内风流流场和瓦斯浓度分布场的特征信息。结合上述两方面的特征信息重点分析了巷道内瓦斯运移多相流场的流动特性,所采用方法对于矿井通风系统及瓦斯监测系统的设计具有较强指导意义。实验结果表明掘进巷道内瓦斯运移的实质是瓦斯组分在矿内混合风流流动中的质量传递过程。     

掘进巷道正压通风瓦斯运移过程与浓度分布规律数值模拟研究

采用CFD数值模拟方法,对掘进巷正压通风情况进行数值模拟,运用高瓦斯矿井煤巷掘进压入式通风掘进工作面风流流场结构特点,分析掘进迎头和巷道某一断面瓦斯浓度分布,得出发生瓦斯突涌后受通风风流影响,在回流区煤壁形成瓦斯聚集区,并迅速向巷道扩散,为正确评价掘进工作面作业环境和掘进通风效率,预防控制因掘进工作面放炮引起的瓦斯事故提供了新的理论依据.     

采取均压通风进行瓦斯防治

掘进巷道贯通老硐时,特别是贯通无法预先探明瓦斯情况和预先进行瓦斯处理的老硐时,易导致瓦斯涌出异常,本文从实践中总结出了上述情况下利用均压通风进行瓦斯防治的有效措施,包括减小掘进巷道和被贯通巷道中的风流压力差、在掘进巷道中增设调节风窗来增加掘进迎头风流的空气压力等。     

并联下行通风巷道瓦斯风压诱致风流紊乱研究

高浓度瓦斯在倾斜巷道中积聚会形成瓦斯风压,瓦斯风压会导致积聚瓦斯的巷道及其旁侧分支巷道风流紊乱。通过搭建并联下行通风巷道相似实验平台,并进行一系列实验,研究了瓦斯风压诱致井巷风流紊乱的规律。每组实验中,均首先将倾斜巷道充满100%的瓦斯,并保持它的旁侧巷道瓦斯浓度为0%;然后调节倾斜巷道或其旁侧巷道的风阻,使其不同于其他组实验。实验结果表明:瓦斯风压会造成并联下行通风系统中风流的复杂变化,使并联巷道中的瓦斯随风流往复运动。利用振动理论对依据实验条件简化的模型列出了振动方程,解释了巷道风阻对风流振动阻尼力的影响作用,得出了并联系统中增大任一分支风阻都有助于减弱风流振动的结论。对实验中瓦斯运移规律进行分析可知:某条分支巷道风阻的增大有助于保持其并联分支的风流稳定,但不利于本分支瓦斯的顺利排出。因此,在现场实际中,当下行风巷道出现瓦斯积聚时,应及时增大其旁侧分支风阻,以保持该并联系统风流稳定,从而使积聚瓦斯能够尽快排出。     

掘进巷道停风后瓦斯浓度分布规律探讨

在巷道掘进中，因检修、停电等原因停风造成瓦斯积聚，巷道内的瓦斯浓度随时间推延沿巷道径向分布不均匀。利用质量守恒定律，分析并从理论上推导出不同时期沿巷道径向瓦斯浓度的分布规律，其研究结果有助于掘进巷道瓦斯的排放，有利于在掘进巷道瓦斯爆炸事故的调查中，为分析爆炸事故瓦斯的积聚原因提出了理论支持。     

基于Fluent的正压掘进风流场数值模拟研究

瓦斯灾害是煤矿五大灾害之首,而巷道掘进是煤矿生产的重要环节,因此巷道掘进过程中工作面瓦斯的治理问题已成为国内学者研究的热点,本文以西曲煤矿高瓦斯矿井110水平中段掘进面为实际工程背景,以CFD方法中常用的Fluent模拟为手段,对正压通风条件下掘进风流场分布规律进行研究,探求解决掘进过程中局部瓦斯积聚问题的综合防治办法。文中同时进行了风流场现场实测,实测结果与数值模拟计算结果吻合,表明本文所使用的模型及研究方法适用,能够为巷道掘进过程中风流场的分布以及风驱瓦斯的运移规律研究提供一定的借鉴,并为局部瓦斯防治提供理论支撑。     

矿井火灾对巷道瓦斯积聚影响的研究

通过分析矿井火灾所产生的浮力和节流效应的产生机理和特点,进行了巷道火灾对井下风流状态影响的研究。认为火灾所引起的风流状态的变化对井下直接源瓦斯涌出影响不明显,但对诸如采空区等间接源瓦斯涌出影响明显。对于水平巷道、上行通风巷道和下行通风巷道内发生的火灾,其对风流状态变化的影响各异,所以这对与之相连的角联巷、并联巷和串联巷内瓦斯运移积聚的影响不尽相同。     

独头煤巷掘进过程中瓦斯分布规律研究

根据独头掘巷压入式通风风筒漏风规律、煤巷瓦斯涌出规律,从理论上分析了压入式通风掘进煤巷的瓦斯分布规律,给出了巷道中瓦斯最高浓度及其距掘进工作面长度的计算方法。分析结果表明瓦斯浓度随至掘进工作面距离增大,先急剧增大,然后缓慢减小。结合坦家冲矿2264掘进煤巷的具体参数,分析了巷道风量分布规律、瓦斯分布规律和至掘进工作面不同距离的瓦斯涌出量,并与巷道瓦斯浓度分布实测值进行对比,定量计算了2264掘进煤巷在至掘进工作面约260 m处,瓦斯体积分数最大达0.78%,在至掘进工作面约380 m以后,瓦斯涌出量基本稳定,从而验证了规律的正确性。     

百功煤矿炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律研究

为了进一步研究炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律,确定合理通风设计和制定瓦斯防治措施.通过测定煤壁瓦斯涌出强度并建立经验公式,研究煤壁瓦斯涌出与巷道长度、暴露时间的关系.结果表明,炮掘巷道煤壁瓦斯涌出强度随时间的变化符合双曲线关系,并得出了煤壁瓦斯涌出的极限巷道长度;还根据瓦斯的不同来源和含量,将掘进工作面风流流动分为3个区段,分别为折返区、风流不稳定区和风流稳定区.     

掘进工作面混合式通风风流场数值模拟

掘进巷道混合式通风是一种特殊形式的巷道通风方式,研究其风速与瓦斯场分布的特征对于认识掘进工作面风流与瓦斯流动规律,搞好通风瓦斯技术管理工作,具有重要的意义。详细阐述了抽压混合式通风风流场结构,分3个切面绘制了长压短抽通风矢量图,建立模型进行Fluent数值模拟,并分析了压入式风筒回转中心附近风速结构与分布及抽出式风筒轴心线风速变化曲线。     

基于ANSYS软件的掘进工作面风流流动规律数值模拟

煤矿掘进工作面通风方式采用的都是压入式风筒局部通风,风筒终点位置距离工作面迎头不远处。运用ANSYS数值模拟的手段对杉木树煤矿目前的局部通风进行了计算,得出了当进风量为4 m3/s时比进风量为5 m3/s时对迎头空间扰动要明显,更有利于瓦斯的排出,且节省了成本,研究了距迎头8 m位置的工作面空间的风流风速、能量分布及对通风形成的漩涡状态,最后通过分析断面的x方向风流速度情况,验证了风筒安置在工作面上部位置对瓦斯的排出更有利。     

掘进工作面智能通风控制系统的设计与应用

介绍了一种采用脉动通风技术与变频调速技术相结合的掘进工作面智能通风控制系统,该系统能够对瓦斯浓度传感器采集的瓦斯浓度信号进行分析判定,实时控制掘进工作面局部通风机的转速,从而实现对掘进工作面通风的智能控制.当瓦斯涌出时,系统发出声光报警,并加大局部通风机转速,达到快速稀释瞬间涌出的瓦斯浓度,确保煤矿掘进工作面的安全生产.     

基于Fluent的掘进工作面通风热环境数值模拟

基于计算流体动力学和矿井通风理论,建立掘进工作面通风的k-ε紊流模型,导出描述掘进工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过分析掘进巷道模型的边界条件,利用Fluent软件模拟压入式通风的风流与巷道围岩和机械设备散热的热湿交换过程,采用TECPLOT软件进行后处理,显示不同供风量下的速度矢量图和风流温度变化。模拟结果表明,增大供风量可以降低巷道温度,但供风量过大,降温效果越来越不明显,仅依靠通风方式无法改变高温现状。     

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。     

高寒地区多金属矿巷道掘进炮烟扩散规律研究

针对高海拔金属矿山井下爆破炮烟扩散产生的安全问题,以西藏甲玛铜矿4470m中段独头巷道为研究对象,借助Fluent软件开展高海拔金属矿山井下爆破炮烟扩散规律数值模拟计算,基于模拟结果研究不同通风工况对一氧化碳排除速度的影响;对通风期间的掘进巷道进行风险演化分析。结果表明:风量大小为2.03m3/s、风筒直径为0.5m的通风条件下,井下爆破产生的CO气体浓度在规定时间内即可达到井下作业安全标准;风筒口到掌子面距离与巷道内CO排除速度呈负相关性。基于上述规律将CO的扩散区域划分为安全区、亚安全区、中度危险区以及危险区4个区域,并得出对不同风量下,巷道达到安全区所需要的通风时间二者之间关系式。     

永川煤矿高温热害防治技术研究与实践

针对永川煤矿-500 m水平开拓期间掘进工作面产生的高温热害现象,采用局部冷水降温系统,利用矿井涌水和回风综合排热,使掘进工作面附近100 m范围内干球温度平均降低5.6℃,湿球温度平均降低8.5℃,相对湿度平均降低20%。现场实测发现,降温后掘进工作面干球温度与风筒出口干球温度近似为线性关系,与空冷器后风筒内干球温度在一定范围内近似呈二次抛物线关系。此外,掘进工作面附近干湿球温度差值较大,最大可达5～7℃。风流在回头过程中湿交换较大,易形成放大的＂回头热＂现象。     

大断面掘进煤巷中间充填实现全负压通风试验研究

介绍了在淮南矿业集团新庄孜煤矿进行大断面掘进煤巷中间充填,形成一进一回的双巷,实现全负压通风系统的试验研究方案和研究过程。根据通风网络与瓦斯防治理论分析探讨应用大断面独头煤巷掘进工作面全负压风排瓦斯技术的可行性,以减少掘进头瓦斯积聚,降低瓦斯爆炸事故发生率;分析讨论大断面独头煤巷的支护———压力体系、巷道周围瓦斯煤体内的应力场与防治煤与瓦斯突出的影响因素,改变大断面独头煤巷支护形式,缩小煤体的应力集中区域,以降低煤与瓦斯突出事故发生率,保证掘进工作面安全、高效施工。     

不同通风方式下回采工作面突出引发风流逆转的危险性探讨

分析评价突出矿井采区通风系统的安全可靠性,对于优化突出矿井的通风系统、提高矿井的防灾、抗灾能力有重要现实意义。为了明确U型通风与Y型通风在突出矿井工作面应用中的优越性,本文分析了在U型通风和偏Y型"一进两回"通风情况下,工作面发生瓦斯突出时进风顺槽发生风流逆转的临界条件。以阳泉保安煤矿突出矿井的回采工作面实际通风条件为例,分析了偏Y型"一进两回"通风方式时,工作面推进对设置调节风窗位置的要求;并分析了两种通风方式下,工作面的推进距离与巷道发生突出引发风流逆转的临界瓦斯突出量关系。研究表明:在U型通风方式下,发生风流逆转临界突出瓦斯量随工作面剩余减短而降低,且降低速度逐渐加快。在Y型通风方式下,发生风流逆转临界突出瓦斯量随工作面剩余减短而呈近似线性降低。在工作面开采初期,偏Y型"一进两回"通风方式抵抗瓦斯突出引发风流逆转的能力远大于U型通风方式,但随着工作面推进,进风顺槽长度变短,这种优势越来越小。     

综掘面粉尘场数值模拟及除尘系统研制与实践

为了解决矿井综掘工作面高浓度粉尘问题,结合矿井综掘工作面产尘特点,在对综掘工作面通风系统进行流场分析后,利用FLUENT软件,对综掘工作面粉尘场进行数值模拟,并分析了粉尘浓度分布规律,依据湿式振旋除尘原理,设计了综掘工作面附壁风筒封闭式除尘系统,并在枣庄矿业集团高庄煤矿3上1101轨道巷综掘工作面进行了现场应用。结果表明,矿井综掘工作面的全尘和呼尘的平均降尘率为93.0%和92.3%,取得了理想的降尘效果。     

高瓦斯长距离掘进工作面瓦斯涌出规律研究

由于开采深度的增加,长治某矿3号煤层瓦斯含量逐渐增加,掘进工作面瓦斯涌出量较大,给局部通风带来了较大的困难。为了解瓦斯涌出规律,以3101掘进工作面为研究背景,采用现场测试、室内试验和数据分析相结合的方法,对3101掘进工作面的瓦斯涌出量进行了研究。研究结果认为:3101掘进工作面瓦斯主要来源于煤壁涌出的瓦斯和落煤涌出的瓦斯;煤壁的瓦斯涌出强度与煤壁的暴露时间呈现出双曲线的关系;掘进工作面长度对瓦斯涌出量有很大的影响,基本上呈线性趋势。