基于CFD的锡铁山矿穿脉掘进巷道炮烟扩散规律研究

根据锡铁山矿2 762m水平穿脉独头巷道实际条件,建立了数值模型,采用FLUENT软件对8个工况下掌子面爆破后炮烟扩散过程进行了数值模拟。分析了20～60m范围内不同穿脉巷道长度以及风筒口位置对炮烟扩散的影响。结果表明独头巷道越长、风筒口到掌子面距离越远,排烟所需的时间越长。通过一元线性回归分析,得到通风时间与独头巷道长度及风筒口到掌子面距离的关系式。     

超大断面深立井井筒冻结法施工爆破后通风问题探讨

冻结立井井筒施工,断面大、单次爆破炸药用量大、需风量大,井筒中有雾气甚至结冰,施工过程中通风安全问题突出。目前采用双路风筒供风能否满足安全生产需要,通过对实际施工井筒爆破后炮烟中CO气体体积分数的监测,根据对爆破后工作面和回风流中CO气体体积分数变化规律进行综合分析、探讨,提出了爆破后保障通风安全的建议。     

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明：保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m³/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30～90 mg/m³,作业环境最佳。     

风库接力通风在金属矿山巷道施工中应用

介绍了金川公司三矿区1 050 m水平中段车场开采工程掘进过程中,因井下巷道设计断面较小、不能布置多趟风筒,在巷道中部设置风库,采用风库接力的掘进通风方式,解决了多头掘进的问题,保证了井下通风系统的可靠性,减少了掘进通风工程投资,缩短了巷道掘进施工工期,是目前金属矿山井下较为经济合理又有创新理念的通风方式,为相同条件下金属矿山巷道施工通风提供了借鉴经验。     

独头巷道掘进过程中排烟时间预测

分析了炮烟在独头巷道中的运移情况,从质量守恒角度建立了炮烟抛掷区中的炮烟排出数学模型。对归来庄金矿-118 m穿脉巷道爆破作业的现场炮烟监测,监测点炮烟浓度先增加后减小,炮烟排出过程中符合指数衰减。从爆破、炸药、通风条件、巷道情况4个方面分析了影响排烟时间的因素,利用BP神经网络模型,将炸药量、炮眼数目、风筒到掘进面的距离、监测点到掘进面的距离、风筒风量、风流温度、巷道温度、巷道相对湿度等因素的10组实验数据作为输入量,排烟时间作为输出量,获得稳定的网络结构。再将5组输入量实验数据代入BP网络训练,预测的排烟时间与实测的排烟时间相对误差在7%以内,运用BP网络模型取得了较好的预测效果。准确预测排烟时间,可以合理安排掘进作业,避免炮烟中毒事件发生,对矿山安全高效生产有重要的意义。     

某金矿独头巷道通风时间计算模型

以炮烟为研究对象,在某金矿巷道爆破后进行炮烟监测试验,分析认为,由理论通风时间计算出的CO衰减指数与CO浓度-时间曲线拟合得出的衰减指数的误差大,为理论通风时间小于实际通风时间的主要原因。运用CO通量法,计算出CO实际衰减指数与CO浓度-时间曲线拟合得出的衰减指数的平均绝对误差为0.003,由此计算的通风时间与实际通风时间的平均相对误差约5.2%。将衰减指数与实际通风时间进行拟合,推导出了长度为60~100 m巷道通风时间的计算公式,可为该矿及具有相似条件的短距离巷道爆破后通风时间计算提供参考。     

会宝岭铁矿采区通风系统动态控制技术

为了解决会宝岭铁矿井下采场炮烟排出时间长、风量分配矛盾等问题,设计制作了升降式风门,该风门可通过远程控制开启和关闭实现动态控制井下通风系统,切断或增大某一区域的风流。并在会宝岭铁矿-410 m水平进行现场试验,结果表明,根据不同地点、不同矿房的爆破情况,动态控制不同风门的开启和关闭,可将有限的风量短时间内集中到爆破区域内,实现缩短炮烟排出时间、提高风量利用效果的作用。     

金属矿山基建工程掘进工作面通风设计探讨

结合安全规程及施工规范有关规定,为使金属矿山掘进工作面通风系统设计计算更加简便、精确,提出了炮烟安全稀释长度、风筒摩擦阻力系数、风筒漏风系数、柴油设备工作时间系数等参数的合理取值范围。为便于工程应用,推荐采用简化公式来计算风筒总风阻,并给出了风阻附加系数的合理取值范围,可供施工组织设计编制和掘进工作面通风方案设计时参考。     

矿用局部通风机风量补给及测定组合装置研发及应用

掘进作业中产生的粉尘若不能及时地稀释并排出,容易形成积聚现象,对作业人员的身体健康造成极大的危害。研发了一种适合于金属矿山矿用局部通风机风量补给及测定组合装置,并在山东省某金矿-300 m水平探矿穿脉独头作业面进行了试验。结果表明:引入该装置后,随着掘进作业推进,在不变更原局部通风机台数和型号的情况下,通过对风筒内的风压和风量进行可控式补偿,作业面排尘风速始终维持在0.36 m/s左右,满足《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2020)的相关通风设计要求。该装置实现了局部通风机风量补给和测定一体化,较好地解决了因掘进距离变长、通风阻力增大造成经柔性风筒送达工作面风量减小以及风量测定安全性低、精准度差的问题,对于改善井下作业环境、保障金属矿山独头掘进安全生产具有重要意义。     

井下爆破作业后有毒有害气体的运移规律及防治措施

小孔径钻眼爆破作业方法在井巷的掘进过程中得到了广泛的应用。但是炸药爆炸生成的炮烟中含有大量的有毒有害成分,由于作业空间相对狭小,通风条件较差,容易造成炮烟中有毒有害气体浓度超标,对作业人员的身体健康和安全生产构成严重威胁。通过分析前人的研究成果,提出了井下爆破作业后炮烟的运移规律,并在此基础上选取真实炮掘巷道为试验对象,对自然通风情况下巷道内炮烟中CO的浓度变化规律进行分析,建立了巷道内不同位置处CO浓度降低到标准浓度的时间计算方法,提出了作业人员可以安全进入到工作面作业的若干措施。     

地下金属矿山矿房直接降尘技术

根据地下金属矿山矿房爆破后出矿时粉尘浓度大、持续时间长的特点,通过分析现阶段喷雾降尘方法存在缺点和不足的原因,提出利用高压降尘喷枪将降尘水直接作用于产尘源,从粉尘产生的源头上降低爆破后和出矿时的粉尘浓度。根据这一思路,设计制作了适用于地下金属矿山的降尘喷枪,通过传粉尘浓度感器控制降尘喷枪的开启,使降尘过程实现自动化。目前该技术已经在会宝岭铁矿现场进行了应用,较常规水幕降尘方法,可将爆破后等待炮烟时间缩短60%以上,可降低出矿巷道内粉尘浓度75%以上,降低上水平回风巷道内粉尘浓度60%以上。     

红岭矿18线南西翼通风系统技术改造

针对矿山18线南西翼矿体开采过程中存在的通风系统不完善、风量欠缺、污风无法及时排出等问题，运用风压平衡原理、网络优化技术、机站优化技术以及计算机网络模拟技术展开研究，拟定了3种可行的通风方案。经技术经济比较，确定了新掘18线905～855 m回风井（1.5 m），保留该井905 m 水平回风机站，并在855 m 水平新设1台K45 6 №12风机（18.5 kW）方案。数值模拟结果表明：18线南西翼通风系统总风量达到20.5 m3/s，井下风流的可调性和稳定性增强，为矿山的安全生产提供了有力保障。     

超长巷道炮掘时粉尘分布规律研究

为确定长距离爆破掘进工作面粉尘运移规律,以指导防尘系统设计,依托某矿1100掘进工作面,建立1∶1几何模型进行CFD模拟,测算空气流场和粉尘运动边界条件。根据湍流模型适用性和空气流场分布特征,优选RNG k-ε湍流模型模拟1100掘进工作面空气流场,算得空间内粉尘体积分数小于10 %,因此选用离散相模型模拟爆破空间粉尘非稳态运动。最终获得距掘进面60 m范围内粉尘扩散、粒径沉降和浓度时间变化规律：粉尘浓度沿垂向分布有明显分界,浓度随垂高在0.5~4 m递增而降低,粉尘浓度沿纵向先升高而后降低;粒径为10 μm以下粉尘均匀分布于空间,沉降量沿纵向呈“减少-增高-减少-增高”趋势,10~200 μm粉尘则呈“减少-增高-减少”趋势,15~200 μm粉尘几乎完全沉降;爆破后5 min内粉尘浓度急剧下降,5~50 min粉尘浓度下降缓慢,高浓度区长时间停留在距工作面40 m之内,不沿巷道运移;距工作面10~20 m形成的空气涡流区是影响粉尘扩散、沉降和浓度变化的重要因素。爆破期间在距工作面20,25 m处,分别采用AKFC-92A采样器和CCHZ-1000全自动粉尘测量仪监测粉尘浓度,实测值与模拟值基本相符,模拟结果可靠。     

某金矿有毒有害气体的来源、组成及影响因素分析

有毒有害气体是金矿主要危险源之一。通过对某金矿现场实测和调查,表明金矿有毒有害气体的主要成分是C、N、S的氧化物,主要来源是爆破产生的炮烟和无轨设备产生的尾气,主要影响因素因地点不同而存在差异。在采场和掘进巷道中,被截留在爆堆中的炮烟在通风结束后缓慢释放,会导致有害气体浓度短时间内积累,并达到较高浓度;在运输巷及斜坡道中,由于内燃机驱动的无轨设备较多,有害气体浓度主要受无轨设备数量、内燃机总功率大小及通风量等因素影响,波动较大,其中CO的浓度与通风量有较大关系。     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

基于相似理论的矿井柴油机尾气分布特征研究

随着地下矿井开采技术的发展,无轨胶轮车在矿井的使用越来越广泛。但其燃烧柴油排出的尾气对矿井空气造成了污染,并且严重威胁井下安全作业环境。利用相似原理理论,通过搭建模拟巷道进行模拟实验,在不同通风速度和不同车辆进行的情形下,研究柴油机尾气污染物中的可吸入颗粒物、CO、CO₂等有害物的分布特性;揭示通风速度和无轨胶轮车运行速度对尾气中污染物扩散的影响;这可为井下通风方案以及井下安全技术措施的制订提供理论依据。     

林西矿通风系统优化改造

针对林西矿水平多、通风路线长、巷道网络系统复杂、回风阻力较大等问题,在对林西煤矿进行通风阻力测定、构筑物阻力测试的基础上,数据分析表明,林西矿风门过多且部分风门位置不合理、回风巷道局部冒落是通风阻力大的主要原因。利用通风系统模拟仿真软件,对通风系统改造的合理方案进行优化———拆除不合理的风门、增加和改变部分风门。经过现场实施,风机运转参数和井下通风情况与方案计算结果吻合,矿井总阻力降低123.4 Pa,总风量增加22.11m3/s,等积孔增大0.488 m2,取得了良好的效果,为林西矿的安全生产提供了保障。     

高海拔掘进巷道混合式通风参数优化

针对高海拔低压低氧的工作环境下混合式通风系统参数优化,以西藏某铜矿为研究背景,使用FLUENT数值模拟掘进巷道内粉尘浓度在不同通风环境下变化规律,通过改变混合式通风的压风量、风筒位置和抽压风量比等通风参数进行对比实验,总结通风参数对粉尘运移的影响规律,进而对通风参数进行优化处理。模拟结果为当压风量为150m~3/min,压、抽风筒出风口分别与掘进面距离为14m、2m,抽压风量比为0.9时,粉尘质量浓度大幅度降低。通过现场实验验证数值模拟结果与实际状况大致相符。     

大型机械化金属矿山通风系统优化

为了改善大型无轨机械化矿山井下通风效果,分析了无轨设备运行时的需风量,并与工作面最小排尘风速、井下同时工作的最多人数需风量相比对,确定了井下最少供风量;基于Vensim通风软件构建了井下通风网络图,并对风流路径、风机参数、构筑物进行动态调节,使无轨设备相对集中的地方得到更多的风量,从而达到井下通风系统优化的目的。对贵州某大型无轨机械化矿山通风效果研究结果表明：无轨设备需风量最大,以此风量作为井下最少供风量;结合Vensim通风网络图,确定通风机与风构筑物的位置,并调节风门开度与风机转速,对风流路径与风量进行动态优化;采用刚性风筒大大降低通风阻力。通过这几方面的优化成功改善了井下大型机械化金属矿山通风效果。