店坪煤矿巷道断面风流速度分布研究

为了有效避免矿井巷道内的有害气体和粉尘的体积聚,现对锚网索支护、锚喷支护、平整壁面支护3种不同支护形式下的巷道内进行巷道断面风速的测量,研究不同支护方式下巷道断面风流速度分布规律。通过现场实测发现:巷道壁面的粗糙度越大,巷道内低风速区域越大;巷道壁面及障碍物附近的风速较低,巷道中部的风速较高;巷道内的平均风速越大,低风速区域越小。因此,对于顶板及两帮较为粗糙的支护形式下的巷道,应认真评估其低风速区域,避免造成有害气体的积聚,必要时应采区加大风量或修整壁面来保证矿井的安全生产。     

通风网路宏观特性在矿山通风控制上的应用

<正> 随着专用计算机的发展,已开发了各种适用于矿山的通风网路解析程序。在可以根据设有风速传感器的巷道(以下称此种巷道为“风量测定枝”;另外,依据图论的规定,将通风网路内的巷道称为“枝”,将巷道的分支点称为“点”)的风速测定值来远方操作调量风门的开启面积时,这     

复杂流场下平均风速变化规律研究

矿井风速是支持矿井生产的重要指标之一。基于模拟矿井通风模型以及Fluent数值模拟技术,构建了拐弯巷道下的模拟矿井通风实验室以及三维物理模型,模拟在风流拐弯流场下距离对流场的影响,并用巷道直径作为划分影响流场的判断标准,通过试验与数值模拟得到风速传感器在距离拐弯后10倍巷道直径处,得到的测量值近似于平均风速值,此处平均风速受巷道拐弯的影响较小;在拐弯后2～8倍巷道直径范围内,半圆形巷道存在一部分区域风速值接近平均风速,区域位置在距底板长度的1/4处,沿着巷道中线往巷道外侧偏移,偏移范围为底板长度的1/4;矩形巷道同样存在近似平均风速范围,只是移动范围较小,偏移范围为底板长度的1/5。     

抽出式通风风速分布数值模拟

为研究抽出式通风除尘的影响因素,采用Standard k-ε计算模型,数值研究了风量、风筒直径对煤矿巷道抽出式通风风速分布的影响,将抽出式通风巷道划分为:无效区、抽尘区、阻尘区。结果表明:抽出式通风除尘吸程选取应小于4 m,风筒直径不是抽出式通风除尘的主要影响因素;风量是决定抽尘区、阻尘区巷道断面平均风速大小的主要因素,风量大小对无效区影响可忽略。     

高巷道风表移动路线的改良

矿井巷道风速的准确测定是通风管理的基础。针对高巷道,明确目前风表移动路线存在的问题,通过对巷道风速分布的分析,提出新的风表移动路线。新的风表移动路线提高了风速测量的精确度,在一定程度上解决了高巷道风速测量值偏低的问题。     

基于FDS的矿井巷道火灾烟气致灾的数值模拟

巷道火灾时期,烟气流动受各种因素影响复杂多变,为研究火灾期间烟气扩散规律及致灾特性,基于FDS对"L"型巷道进行数值模拟,同时参考《煤矿安全规程》规定风速,重点模拟1.92 MW和2.7 MW火源功率下,0.25～2.1 m/s风速内巷道火灾烟气蔓延和温度分布变化情况。结果表明:火源功率和风速对烟气扩散影响较大,下风侧排烟速度与火源热释放速率值和风速正相关。由于存在临界风速,热释放速率与上风侧烟流滚退存在差异性关系。风速过低时,上风侧烟气扩散速度取决于大火源功率;当风速提高到临界风速,火源功率对烟气逆流速度与距离影响减小甚至消失。巷道温度受火源功率和风速影响变化一致,温度自巷道火区向两侧递减,但大火源功率巷道温度整体高于低火源功率。     

煤矿井下拱形巷道低风速区风速分布的风洞模拟

通过测量地下工程模拟风洞半圆拱形横断面8条特征线上的风速值,研究井下拱形巷道横断面上的风速分布规律。在不同断面中心点风速下边界层范围内,风流速度随传感器距巷道壁上各特征线端点距离变化关系的函数拟合基本符合对数函数形式。     

掘进巷道壁面粗糙度对受限贴附紊动射流的影响

由于巷道壁面粗糙度对贴附紊动射流起始段与主体段有较大影响,根据贴附射流理论,通过FLUENT软件数值模拟,分析在巷道壁面粗糙度厚度不同及粗糙度不均匀的情况下,贴附紊动射流运动特征及对掘进巷道内通风流场的影响。结果表明:巷道壁面粗糙度厚度对受限贴附紊动射流的起始段影响较小,对主体段影响较大,随着粗糙度厚度增大,主体段的轴心速度减小越快,低风速区厚度增大,在回流区易形成涡流区;随着粗糙度不均匀性增加,巷道内涡流区增大。数值模拟结果与理论分析结果相符,为研究掘进巷道风流传递过程、粉尘与瓦斯运移规律等提供了理论基础。     

巷道边壁支护方式下风流场流速分布特征的PIV实验研究

为了分析边壁支护方式对巷道风流场流速分布的影响,采用粒子图像测速仪（PIV）瞬 态流场测试技 术,得到了不同风速、不同间距边壁支护的矩形巷道流场时均风速分布。实验表明,风流经过 支护位置后形成一定 长度的湍流回流区域,2 种布置间距下入口风速变化未对形成的回流区长度及涡心位置产生影 响;间距加大后形 成的涡流再附着点长度与 Re 无关;整个涡流区域风速值较小且流向不稳定,但未对主流风速 流向产生较大影响, 井下实际布置测风点位时可有条件地忽略局部构件产生的湍流涡流区。研究表明,PIV 作为一 种非接触式速度测 量技术,可为研究复杂矿井通风巷道中的风流场湍流特性提供有效的实验解决方案。     

高温深井矿山独头掘进巷道通风降温机理研究

针对高温深井矿山独头掘进作业温度高、通风难等问题,以海南山金抱伦金矿为原型,基于气固两相流理论,采用三维流体仿真软件模拟深井井下高温环境,根据不同通风参数下主运巷及独头巷道的温度场、速度场分布特征,研究风温、风速及岩温等对气流分布、温度分布特征影响规律。结果表明:独头巷道有效通风临界距离为7 m,巷道交接处会产生“8”字型涡流,涡流交错处断面平均温度达到最低值,超过7 m,需要采取局部通风措施改善作业环境;采用制冷设备进行降温时,制冷装置距离掘进作业点距离小于30 m,入口通风温度为20～25℃时较为适宜;对于高热巷道围岩覆盖一定厚度的保温材料,减少岩壁向气流中散热,可以有效降低巷道空气温度。研究结论可为高温深井矿山通风系统设计、局部制冷降温设计提供理论支撑。     

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。     

不同阻塞条件下的隧道火灾全尺寸试验研究

为了研究阻塞条件下的隧道火灾危险性,选取某隧道网络中的某一支路作为火灾试验区,采用轴流风机通风,额定通风量为27 m3/s,以甲醇池火为火源,火源功率分别为0.25、0.50和1.00 MW。通过改变火源功率和隧道内风门的开闭模式开展全尺寸试验,分析火源横截面和隧道中心线竖直截面风速、隧道纵向拱顶温升、隧道中心面纵向温升等参数,研究了不同阻塞条件下的隧道火灾烟气扩散规律,获得了抑制隧道火灾危险性的风门控制模式。研究结果表明:①在隧道通风网络中,对称风流通过风门后,隧道截面距风门22 m处风速在整流作用下逐渐趋于均匀;②建立了考虑隧道阻塞比的隧道风量衰减模型,该模型可根据隧道阻塞比的变化预测隧道阻塞作用下的风量损失,同时可以计算沿程阻力损失的风量;③在自然通风条件下,当火源功率大于0.50 MW时,火灾烟气在火羽流作用下迅速向隧道拱顶浮动,通过对流换热使得拱顶温度急剧升高,对于隧道结构的稳定性具有巨大的破坏作用;可采用调节风门的方式控制通过起火区域的风量,从而优化隧道火灾危险控制模式,局部风速大小对火灾危险性影响不大;当起火区域风量不足时,人眼高度处的1.8 m高温度升幅较大,不利于人员逃生与救援;④阻塞条件下隧道断面不对称进风流易造成风流结构紊乱,使得隧道火灾烟气温度分布不稳定,危险性较大。     

百叶式风窗流场分布模拟及局部风阻计算分析研究

为了实现王家岭煤矿井下用风地点风量的远程精确调控，研发了以井下压缩空气为主要动力的百叶式风窗。百叶式风窗能够通过气动马达改变窗扇的开启角度实现风窗过风面积的调整。本文运用Fluent软件模拟了王家岭煤矿12309回风绕道百叶式风窗在30°、45°、60°、70°及90°开启角度下的百叶式风窗前后的压能、风速及流场分布情况，并根据数值模拟得出百叶式风窗不同开启角度下的前后压差及风窗风阻，根据伯努利能量方程，推导出百叶式风窗局部风阻计算公式，并将公式计算风阻与井下实测风阻进行对比。结果表明：紊流状态时百叶式风窗的过风量对其风阻大小几乎没有影响，百叶式风窗局部风阻与其过风面积呈现负指数关系，井下实测得到百叶式风窗风阻与公式计算风阻最大误差为5.41%，对应的绝对误差只有0.0015 N·S2·m-8，利用本文推导的百叶式风窗局部风阻计算公式得到的局部风阻较为准确，可用于指导百叶式风窗现场调风工作。     

提高巷道风量测定精度的最大风速法

采用测定巷道中心最大风速的方法获得巷道平均风量,首先推导出巷道最大风速与巷道平均风量的相关关系,给出了风速分布系数的测定与计算方法、适用范围。使用该方法测风可提高测风的速度与精度,减少测风误差,还可将风速传感器获得的风速直接转化成风量,实现对矿井风量的监测监控。     

矿井通风自学习动态监系统的研究与开发

 将井下风速数速传感器与通风解算技术相结合,能够准确的将风速传感器采集到的实时风速转换为巷道风量,并能根据月风量统计结果进行巷道阻力系数的自动调整,利用准确的实时风量,通过通风解算系统,对全矿井的风网进行反算,从而得到全矿井较准确的实时分风量分布状况。     

PIC在掘进工作面双局扇自动切换控制系统中的应用

介绍了PIC单片机实现掘进工作面双局扇自动切换控制系统中的应用,通过PIC单片机控制矿井局部通风机实现自动控制。通过风速传感器,接受到平率信号,传输给PIC控制器,由控制器自动判断风的变化,由另外一台风机,补充风量,确保井下矿道有一个稳定风速。PIC在自动监控当中,随时可判断出接受的信号,信号源是否稳定,由此信号源触发PIC外围控制电路,以达到快速灵活地控制风机。     

基于FLUENT的侧卷式风门的数值模拟研究

为了解决煤矿井下传统风门启闭程度单一及必须结合风窗进行风量、风速调节的弊端,提出了侧卷式巷道风门。侧卷式巷道风门能够综合传统风门隔断风流与风窗调节风量的功能。通过利用ICEM建立风门、巷道模型,利用FLUENT软件对侧卷式巷道风门在风场中进行研究,模拟了不同风速下,风门对风场的影响,得到了不同风速时的压力云图、速度云图。结果表明,风速越大,引起的局部阻力越大、引起的巷道进出口压力差越大,而风门尾部流场的涡流区越长,可为侧卷式风门的结构设计及安装位置确定提供参考。     

矿井串联通风掺新风的有效风量计算

串联通风是井下用风地点的回风再次进入其它用风地点的通风方式。文章介绍了串联通风掺新风的分类及作用、掺新风串联通风有效风量计算。     

高山环境矿山通风系统改造方案优选

由于平硐开拓的矿山各平硐口高程变化较大，导致各硐口气温、气压各不相同，加之高山气候条件，各硐口所受影响更为明显，这种自然风压变化极易造成矿井井下风向、风量的不稳定，致使矿井通风困难。为解决四川省内某高山环境平硐开拓矿山受自然风压影响较大、回风线路不畅等问题，研究制定出2种可行的通风技术方案，方案一为东、西两翼对角抽出式通风方式，方案二为东、西两翼进风、中央回风通风方式，并对2种方案的通风阻力、工程量、设备投资及运行成本等关键技术经济指标进行计算和对比。结果表明，方案一在通风阻力、工程量及运行能耗等主要方面均占优势，方案二仅设备投资较方案一少，综合考虑通风系统技术层面、投资建设成本周期及节能等方面，确定方案一为最佳通风技术方案。     

矿用轨道式自动测风机器人研究与设计

由于煤矿井下人工对巷道风速、风量和气体浓度检测的繁琐性和不精确性,容易造成通风系统决策错误导致安全事故发生。针对上述问题,研究设计了一种矿用轨道式自动测风机器人系统,论述了轨道式自动测风机器人的结构组成和九点精确定位检测方法,对测风机器人的硬件系统和软件系统进行设计。该机器人系统可实现巷道通风参数自动采集,为矿井通风安全提供有效保障。