巷道风量全自动在线测试装置研制与应用

为了实现巷道风量在线准确测试,以王坡煤矿上寺头北翼回风巷和辅运大巷为研究对象,采用CFD方法模拟了矩形巷道和半圆拱巷道断面风速结构场;对比不同巷道风量条件下巷道断面平均风速分布区域,巷道风量大小对巷道断面内平均风速分布区域无影响;进一步获得巷道断面无因次风速结构场,为巷道断面平均风速分布区域内布置多个风速采集点准确求取巷道平均风速奠定了理论基础;以巷道断面无因次风速结构场为基础,根据巷道断面平均风速分布区域确定巷道平均风速数据采集点位置,构建了巷道断面平均风速九点采集法,准确获得巷道平均风速的同时能够检验风速传感器是否存在数据失真问题;结合巷道断面平均风速九点采集法,设计了分别适用于矩形巷道、拱形巷道的龙门式和折叠式巷道风量全自动在线测试装置,根据巷道平均风速数据采集点位置定制设计测试装置结构尺寸与风速传感器运动轨迹。在王坡煤矿10个测风站位置部署了巷道风量全自动在线测试装置,人工测风数据和装置测风数据之间相对误差小于8%,研究表明巷道风量全自动在线测试装置的测风精度能够满足矿井通风要求,同时能够实现矿井多个巷道风量同步在线测试。     

巷道中风速传感器布设位置优化研究

为了研究布置有大直径管路的矩形巷道中平均风速的分布情况及规律,确定巷道中轴线上平均风速距顶板的距离,进而明确风速传感器的悬挂位置,提高平均风速在线监测准确性,采用Fluent软件对选定巷道风流场进行三维建模和风速模拟,根据巷道风速分布模拟结果指导确定现场巷道中风速传感器的安装位置。重新调整后,现场人工实测风速核实对比结果表明：软件模拟结果与实测结果吻合较好,风速传感器未调整前,监测值较实测值一般偏大2.8%～5.0%,调整完成后,相对误差下降为1.10%～1.18%,可以更好地指导安装风速传感器,为其他类似布局巷道的风速传感器设置提供一定的依据和参考。     

煤矿通风巷道断面风速测定与变化规律研究

借助普朗特混合长理论和布辛涅斯克理论对巷道风速场分布规律进行理论分析,得出巷道风流湍流形态下的风速场对数分布公式。利用CFD15超声波测风仪对古城煤矿井下巷道风速进行测试,结果表明：在巷道近似的定常风流运动中,瞬时风速大小表现出典型的脉动特征,平均脉动幅度最高可达到平均风速的67%;用对数分布公式能够比较理想地描述巷道断面风速场的变化规律,1306回风巷测风站试验结果与对数函数相关性高达96%。     

基于混合长度理论的巷道风速场规律研究

为研究巷道断面风流风速分布规律,准确测定风速大小,根据普朗特混合长度理论建立的粘性应力 与速度梯度关系与湍流运动基本方程式相结合,运用量纲分析法,分析平均风速与巷道断面任一点风速的关系,并 在实验巷道和井下进行现场实测,得出巷道风流风速分布规律。结果表明,巷道断面任一点风速与平均风速比和 实测点位置存在一种线性关系。针对煤矿井下巷道断面风速分布进行研究可以为准确计算巷道风量及平均风速 提供参考,并为风速传感器布置提出指导意见。     

对矿井风速监测的模拟分析

针对目前矿井监控系统对井下巷道风速的监测广泛存在不准确的问题,从提高矿井巷道风量监测准确性的需要出发,对有无胶带布置的矩形、梯形和半圆拱共6种巷道情况,建立了巷道风流流动力学模型,采用Fluent软件进行了风速场模拟研究,分析确定了风速传感器监测的合理布置点,以及巷道平均风速的监测计算公式,提高了对风量连续监测的准确性,为矿井风流传感器合理布置提供理论依据。     

综采工作面风速与瓦斯浓度分布规律实测与分析

为了得到风速与瓦斯浓度在综采工作面巷道三维空间上的分布规律,采用现场实测与理论分析相结合的研究方法,以沙曲煤矿14205综采工作面为研究对象,分别对检修班期间与生产班期间综采工作面瓦斯浓度与风速进行实测,分别对综采工作面内风速与瓦斯浓度从工作面巷道走向方向、工作面推进方向及垂直于工作面底板方向3个空间方向上的分布规律进行了分析,研究表明:靠近煤壁的巷道断面区域为综采工作面定点测风最佳位置,综采工作面前半段工作面长度范围内靠近煤壁且处于下部的巷道断面区域和综采工作面后半段工作面长度范围内靠近采空区且处于上部的巷道断面区域为瓦斯浓度重点监测区域,研究结果对综采工作面瓦斯浓度监测监控工作具有指导意义。     

不同因素下煤矿巷道断面风速分布规律研究

巷道通风的智能化控制是实现矿井高效生产的重要保证,为了实现智能通风,其关键技术之一是巷道风速的快速有效获取.基于计算流体力学(CFD)基本原理,通过对巷道在不同条件下的断面位置、入口风速、巷道高宽比、粗糙度进行模拟,定量分析确定了不同条件下的巷道风速分布规律,研究发现:断面位置、入口风速、巷道高宽比、粗糙度对巷道的风速分布等值线轮廓没有影响;巷道风速在未充分发展之前,断面位置距巷道入口越近,平均风速的位置距离巷道顶端越远;风流充分发展后,入口风速不影响巷道平均风速位置;巷道高宽比与平均风速可通过定性函数表示;粗糙度越大,平均风速的位置距离巷道顶端越远.研究成果有助于巷道平均风速定点测量,为井下巷道利用风速传感器实时监测巷道风量提供了有力保障.     

相对粗糙度对巷道定点测风位置影响的数值分析

为提高井下用风地点风速监测数据的精度,采用数值 模拟的方法研究巷道相对粗糙度对定点测风位置的影响,结 合现场实测数据确定小纪汗煤矿11218回风顺槽的平均相 对粗糙度及定点测风位置参数。结果表明:相同x 坐标处 定点测风位置的z 方向高度随相对粗糙度的增大而减小,且 减小幅度逐渐减小;在x=80m 附近,相对粗糙度为0.03~ 0.06的工况出现定点测风位置向顶板靠拢的现象;在 x> 120m 后,相对粗糙度越大,定点测风位置稳定的越早。通 过与现场实测数据的对比,确定11218回风顺槽的底板相对 粗糙度为0.01、顶板与两侧帮相对粗糙度为0.06的情况下, 风速模拟计算结果与实测结果吻合最好,最大相对偏差在1% 以内。以0.1%的相对偏差为标准,确定11218回风顺槽定点测 风的准确位置为巷道转弯后140m以后,距离顶板0.428m。     

综采工作面三维空间风速与瓦斯浓度分布规律实测与分析

为了得到风速与瓦斯浓度在综采工作面巷道三维空间的分布规律,采用现场实测与理论分析相结合的研究方法,以沙曲煤矿14205综采工作面为研究对象,分别对检修班期间与生产班期间综采工作面瓦斯浓度与风速进行实测,分别对综采工作面内风速与瓦斯浓度从工作面巷道走向方向、工作面推进方向及垂直于工作面底板方向3个空间方向上的分布规律进行了分析,研究表明:靠近煤壁的巷道断面区域为综采工作面定点测风最佳位置,综采工作面前半段工作面长度范围内靠近煤壁且处于下部的巷道断面区域,和综采工作面后半段工作面长度范围内靠近采空区且处于上部的巷道断面区域为瓦斯浓度重点监测区域。     

基于LDA的均直巷道断面突扩风速分布规律实验研究

风速分布是计算井下巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质过程的基础,对风速传感器布置及测风仪表研制具有重要意义。针对传统的接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触式激光多普勒测速仪（LDA）对均直巷道的稳定流动及断面突扩后风流状态进行实验测试。在平均风速为4 m/s左右的条件下,得出即使是均直巷道的稳定流动,其瞬时风速的大小及方向也呈现极度的湍流脉动性,平均脉动幅度可达平均风速值的33%左右,测点风速大小及风向均服从正态高斯分布;在突扩区域有大涡存在,漩涡区风流方向极不规则,各向均有分布,其风速平均绝对值在0.1~0.2 m/s左右波动,表明井下工程测风可有条件地忽略湍流大涡区域。受突扩影响均直巷道断面风速分布呈近似均等的动态的波浪线分布而非拟抛物线型,壁面光滑的实验巷道边界层厚度在5 mm左右,风速以跃迁方式“突变”达到均值。实验表明,传统的测风原理及方法仅能满足一般的工程需要,但是不能满足以湍流为特征的巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质等过程的计算要求。     

矩形巷道转弯后测风站位置的数值分析

提出井下测风站应设在巷道风流的充分发展段,并以某矩形巷道为原型建立六个模型进行数值试验。数值结果表明,进风顺槽测风站合理位置距离转弯处远超10m;不同转弯角度时进风顺槽测风站的合理位置在距离转弯处163~176m之后;模型3在计算表面粗糙度范围内,测风站合理位置在距转弯处144~177m之后。     

井下巷道内矿用防爆车CO排放分布规律数值模拟

应用FLUENT模拟并与现场实测结果对比分析,研究矿用防爆车在井下巷道内CO排放及运移扩散规律。研究应用FLUENT模拟矿用防爆车以7 m/s的速度在风速为3 m/s的巷道内行驶时排放CO的浓度分布状况,得出t=1~5 s內矿用防爆车排出CO浓度动态分布,并得出监测静态点CO浓度变化规律,模拟结果表明,井下巷道内矿用防爆车排放CO气体浓度大于24×10~(-6)的区域位于车尾至车尾后6~7 m范围内,且在1 s内降低至小于24×10~(-6),车身前方CO浓度始终为19×10~(-6)。为了对比分析,在实际巷道内布置3个实测点进行CO浓度监测,实测结果验证了模拟结果的正确性。     

人员对巷道风速测量影响的数值模拟分析

为探究造成矿井风速测量读数振荡的原因,更准确地选择测量位置与测量方法,利用数值模拟的手段,根据现场实际,选取了测风点之前有行人干扰的5个情况,对在其影响下的风流速度场进行数值模拟。揭示了不同干扰情况下的巷道风流速度分布特征,分析了人的阻碍对风速测量的影响范围。其中,当单人站在巷道侧时,身后迎风向左侧的振荡区域充分发展,在其后20 m处测点的风速差依然有0.76 m/s;情况5为3个人在其身后形成的振荡区域互相影响抵消,在其后20 m处的速度差只有0.04 m/s。结果表明：由于人的存在,在人后方会形成风流的速度振荡区域,其正后方速度减小,两侧速度增大,若振荡充分发展则其衰减较慢。模拟结果对井下风速测量有一定的实际应用与参考价值。     

风流影响下的综掘工作面温度湿度场特性数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)和矿井通风理论,以田陈煤矿7309综掘工作面为研究对象,建立了单一压入式通风系统条件下的综掘工作面几何模型。采用FLUENT软件对不同供风速度下综掘工作面三维空间内风流场、温度场及湿度场的分布特性及变化规律进行数值模拟。模拟结果表明:增加供风量对降低巷道温度有一定的作用,但对巷道内的湿度影响较小,当压风筒出口风速为16 m/s、风量为480 m3/min时,综掘巷道内的温度低于26℃,综掘机附近工作区域相对湿度保持在40%~57%之间,此时的供风参数满足煤矿安全规程要求。     

全矿反风风速对硐室火灾烟气影响的数值模拟

为探究全矿反风风速对硐室火灾烟气蔓延的影响,利用FDS火灾数值模拟软件构建矿井巷道三维模型,模拟全矿反风风速为1.0、1.5、2.0、2.5 m/s条件下的火灾场景,分析不同反风风速下硐室左右两侧烟气浓度和巷道内能见度的变化情况.研究结果表明:当全矿反风风速为1.0 m/s时,巷道进风侧风流紊乱,烟气出现明显回流现象;...     

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。     

矿井大断面巷道风速分布规律及风量监测研究

人工测风方法难以实现大断面巷道的全断面测试,测试误差大。通过研究大断面巷道风速分布规律及风速测试原理,采用“多点网格测风法”和传统人工测试法进行现场实测,并通过FLUENT软件模拟与现场测量结果对比,验证了平均风速分布稳定区选取的合理性。现场实验表明,大断面拱形巷道传统人工测法测定值偏低,建立校准系数为1.15。FLUENT软件模拟结果表明,随着断面面积的增大,测风员的面积对风速测定值影响越来越小。     

基于CFD模拟的巷道风速监测值修正处理

利用CFD软件对矿井巷道的风流场进行了三维数值模拟,揭示了不同形式巷道风流速度分布特征,分析了监测点风速与平均风速的关系,确定了风速监测数据修正系数,为矿井利用传感器准确监测巷道风量提供了有力保障。     

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。     

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。