回采工作面温度场分布规律的数值模拟

从守恒原理出发,导出了描述矿井采工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过对矿内风流流动及热力过程的理论分析和现场实测,系统地开展矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理的理论分析研究,通过数值模拟,初步得出了矿井回采工作面风流温度与各种参数的变化规律：回采工作面风流温度随风速提高呈负幂函数规律降低,随入风流温度升高呈线性升高,随工作面长度和采煤机位置的变化而变化。     

气垫带式输送机气垫流场理论基础与三维数值模拟

为了弥补气垫流场理论研究的不足,对气垫气孔附近和横截面宏观出流的理论作了研究,并运用CFD软件,采用标准K-ε湍流模型对实例进行模拟验证,结果表明理论解释与模拟结果基本相符。通过对同一实例5种气孔布置的数值模拟,给出气孔的最佳布置方式,为气垫输送机的设计工作,提供理论依据。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

掘进巷道通风降温的数值模拟及影响因素分析

选取夏甸金矿-682 m水平38#掘进巷道为研究对象,进行通风降温试验测定,并用Fluent软件对试验条件下掘进巷道的风流速度场和温度场分布进行数值模拟计算,验证了该模拟方法的可靠性。研究不同因素对巷道降温效果的影响,初步得出了井下掘进巷道风流温度与风量、入风温度以及岩壁温度的变化规律。掘进巷道通风降温影响因素的排序为入风温度>岩壁温度>风量。入风温度和岩壁温度的升高均会导致与巷道风流温度线性升高。通过增加风量来降低风流温度是有效的,但随着风量的增加,其降温效果会越来越不明显。     

高温矿井风网解算中通风参数校正问题的探讨

受风流增温的影响,使用常规算法计算高温矿井的巷道通风参数会产生一定误差,这会直接影响风网解算结果。通过研究空气密度的计算、风流与巷道进行热交换条件下风流温度的分布计算、巷道段的自然风压计算,通过巷道入口风流温度和巷道壁对流传热系数计算,获得高温矿井巷道自然风压的计算方法,利用该方法计算巷道自然风压,参数易于测得、计算结果精确、便于实际应用;通过分析风流增温对巷道风量的影响,为解决节点风量平衡与风流增温风量增加的矛盾,假设巷道风量不变,通过巷道风阻校正,消除保持风量不变对巷道阻力计算的影响。通过自然风压的加入与巷道风阻的校正,可有效提高高温矿井的风网解算精度。     

干燥巷道围岩传热对平巷风流温度影响研究

井下巷道中的风流温度受到多种因素的影响,如原岩温度、围岩传热性能、风流与围岩的热交换时间、其他热源等,其中围岩传热起主要作用。为分析围岩传热对风温的影响,以干燥巷道为例,根据巷道围岩与风流热交换规律,通过理论计算,分析水平巷道围岩与风流热交换对风温变化的基本影响规律,为矿井通风设计提供较精确的预测值,使矿井通风设计更精细。     

郭家河煤矿冬季主斜井风流反向分析与治理

为解决郭家河煤矿冬季主斜井风流反向问题,对自然风压逆转井巷风流的原因及过程进行分析,结合理论分析提出了郭家河煤矿主斜井风流反向的3项治理方案,对郭家河煤矿通风系统进行合理简化,建立了矿井正常通风时期和反风初期的三维通风仿真模型,通过矿井反风初期三维通风模型对主斜井反风的3项治理方案进行网络分风模拟,优选出了提高副斜井风流温度这一治理方案。模拟结果表明:提高副斜井风流温度能够解决冬季主斜井风流反向问题,并能够降低主副斜井间的自然风压和矿井通风阻力,冬季地面气温继续降低时能够通过调整地面热风器功率提高副斜井风流温度,能够进一步防止主斜井风流反向的发生,保证了矿井通风系统的稳定。     

矿井胶带巷火灾风流稳定性模拟与控制技术研究

通过对风流流体的动力学分析,给出了三维湍流求解的标准k－ε两方程模型,应用Mixture多相流对火灾灾变过程中产生的污染物进行设定,综合考虑火灾过程中的热量辐射与组分传输,采用SIMPLE算法对孔庄煤矿1号胶带巷火灾灾变时不同进风量下巷道内的风流流动状态进行了模拟,得到了温度和污染物等参数在巷道内的分布,为灾变信息监测和自动控风设施的设置提供了依据。在掌握火灾时期风流稳定性的基础上,建立了胶带巷火灾灾变预警与控制系统,并在孔庄煤矿进行了应用,有助于胶带巷火灾时期的灾变控制和有效避灾。     

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。     

基于移动坐标的采空区自然发火模型研究

通过对采空区内遗煤自然发火过程的分析,利用质量守恒定律和达西定律建立了采空区气体流动的流场模型,利用质量守恒和菲克定律建立了采空区内的氧浓度场模型,根据能量守恒建立了采空区内浮煤的温度场模型,以上3个模型联立即为采空区自然发火模型.根据采空区动态移动的特点,通过引入移动坐标系建立了移动坐标下的采空区自然发火模型,简化了自然发火模型求解.利用有限差分法对模型进行了数值求解,编制了解算软件.以山东古城煤矿2108综放工作面为例进行了采空区自然发火模拟,得出了工作面实际生产条件下采空区内温度分布,并与实际观测结果进行了对比分析,模拟结果与实际观测结果基本一致,从而验证了该自燃模型的正确性.     

矿用空气幕特性试验与应用

采用改变风机的叶片安装角、试验巷道的断面积和风阻测试阻风率的方法,对空气幕的特性进行试验研究,获得了其阻风率与巷道风压差、断面积等的关系参数,并在某矿山进行现场应用试验.研究结果表明:空气幕具有风门隔断风流的作用,阻风率达89%,且其能力与风机的特性参数、巷道的有效断面积等有关, 有效断面积增大,隔断风流的能力则减小;与手动风门相比,漏风率可降低25%,有利于提高矿井的有效风量率,改善井下的作业环境.     

基于Fluent的独头巷道通风降温的数值模拟研究

基于独头巷道的特点和有限空间的受限贴附射流理论,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风降温的数学模型。采用Fluent软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内的温度场的分布进行数值模拟。结果表明在风速为5m/s,送风温度为25 ℃时,较好的改善了巷道内的热环境。     

矿井风流热力状态预测方法研究

通过对矿井巷道风流能量方程进行分析,根据传热学的基本原理,应用数学的基本手段,推导出矿井巷道风流温、湿度的近似计算公式。应用Visual Basic编程技术编制了巷道温湿度计算管理程序,并已成功地应用于某金矿的巷道风流温、湿度预测分析。     

梁北矿11061工作面热源分析与风温预测

梁北煤矿深部热害比较严重,针对梁北矿工作面局部高温情况,通过工作面热源调查,根据能量守恒定律,建立热交换的数学模型,对11061工作面热源状况进行理论分析和风流温度预测,并与实际测量结果对比验证。热源分析得出:此工作面围岩散热量和机械设备散热量所占比重较大,分别占28.3%和47.0%,是风温升高的主要原因。对比结果表明:风温预测结果与工作面实际测量结果能够很好地吻合,验证了热源分析和风温预测方法的正确性。     

磁场对重介旋流器密度场影响的实验研究

利用ANSYS电磁场分析软件对通电线圈在重介旋流器内部产生的磁场分布进行模拟研究,并在实验室进行带煤分选实验;通过软件分析获得磁场在旋流器内部的磁场力分布图,进而来确定线圈参数和预测密度场变化趋势;通过磁场作用下带煤分选实验获得产物的浮沉表并绘制分配率曲线图,得出δp值及可能偏差E值变化范围,来说明磁场的存在确实会对重介旋流器的密度场分布产生影响。     

岩石应变软化弹塑性有限元分析

本文从岩石的变形特性和界面约束理论出发,建立了应变软化规律及其有限元本构方程。这种方程的求解存在着解法难与收敛慢和漂移界面的两个问题:其一,分析各种解法,采用初应力法,并进行改进(称改进的初应力法)以加速其收敛;其二,考查比较了各种漂移界面的修正法,选取了一种较佳的方法。于是,编制了一个相应的EPSF程序。最后对金川某巷道进行软化有限元分析。     

气流型干式磁选机在细粒磁铁矿中的应用及机理分析

目前工业界普遍采用湿式弱磁选工艺获得合格磁铁矿精矿,然而湿式工艺盛行的同时也使得缺水、寒冷等地区的同类型资源难以得到有效利用。相比于湿式,干式磁选具有环境友好、适应性强等特点,是此类资源开发利用的极佳途径。但由于细粒磁铁矿间的相互作用与磁团聚效应,干式磁选一直存在难以分散、分层、分离的技术瓶颈。针对该情况,近年来国内外科研工作者做了大量工作,基本确定了在原有设备的基础之上引入气流来实现微细粒的分散与分离的研究思路。主要围绕国内外正处于研发阶段的几类干式气流型磁选机进行论述,同时借助COMSOL有限元计算软件对各类设备的磁场、流场、粒子轨迹等机理性内容进行深入分析,综合比较各类设备的优缺点及适用范围,探究气流的最佳引入方式,以期对后续干式气流磁选机的研制和磁性矿物的干法分离提供一定的借鉴意义。     

密闭空间瓦斯爆炸多场演化特点模拟研究

目前对井下巷道瓦斯爆炸的模拟研究较多,但大部分研究存在缺少参考井下巷道具体参数依据的问题。为了更加准确地分析瓦斯爆炸冲击波的流场演化特征,以湖南省醴陵市马劲坳煤矿为研究对象,采用数值模拟软件对该煤矿井下巷道发生瓦斯爆炸时的温度场、应力场、冲击波传播规律及速度场的变化规律进行了较详细的分析,结合理论研究对模拟结果进行了较完善的阐述;同时研究了爆炸过程中产生的温度及超压载荷随时间变化的规律,得出温度及超压载荷变化的一般性规律公式;对瓦斯爆炸中巷道的开口端和封闭端的气体冲击波速度差异进行了重点研究,分析了高速流动气体传播过程及波动形式,得出气体和压力的不稳定状态是重要影响因素。研究结果表明:通过参考实际地质资料的模拟研究,得出急剧上升的温度和超压现象是破坏井下安全设施的主要因素,这为井下瓦斯爆炸防治提供重要研究基础。     

综采工作面进风巷火灾数值模拟研究

为研究综采工作面进风巷发生火灾时的烟气受火源规模和风速影响的变化规律,运用FDS火灾模拟软件,分别设置1、2、5、10、20 MW 5种火源规模,以及1.0～2.4 m/s内8种风速进行火灾模拟,并对不同火源规模和不同风速条件下综采工作面进风巷火灾发生时期的CO浓度、温度和能见度进行了数值模拟对比研究。结果表明：①随火源规模增大,CO浓度增大,CO浓度分布进入稳定阶段所需时间延长,温度上升到达稳定阶段所需时间延长,温度下降速度加快;②随风速增大,CO浓度分布进入稳定阶段所需时间缩短,稳定阶段CO浓度减小,回风巷温度升高;③随风速增大,烟气传播速度加快,出口处能见度可见范围缩小;④随风速增大,火源上风侧CO浓度及温度均降低,烟流逆退距离缩短,超过临界风速后烟气不产生逆退现象。研究结果可为井下工作人员在火灾发生时期安全逃生提供指导。     

高温掘进工作面雾化喷淋的多相流温度场数值模拟

从质量、动量和能量守恒原理出发,建立了掘进工作面雾化降温多相流模型。将矿井内空气视为连续相,雾化液滴视为颗粒相,采用FLUENT软件模拟分析了掘进工作面雾化降温前后温度场特征,并与实测结果进行了对比。计算结果表明,雾化喷淋作用下,巷道距掘进头100 m范围内温度均小于27 ℃,满足井巷作业人员热舒适度需要。首次经过喷嘴气流温度最大降幅约为7.2 ℃,掘进头附近最低温度约为25 ℃。掘进工作面入口附近气流温度变化幅度趋弱,出口温度约为31.1 ℃。