综掘面尘源动态变化下粉尘场优化的风流调控研究

针对综掘面风流状态不能实时动态变化及粉尘源位置不断移动导致巷道粉尘聚集严重等问题,设计了风流调控下粉尘场模拟的正交试验方案,采用FLUENT软件模拟分析了尘源动态变化下风流调控参数对粉尘浓度分布影响规律,并运用极差分析法分析了风筒出风口口径、水平偏转角度、垂直偏转角度三个影响因素的显著性,确定了粉尘场优化分布的风流调控方案。对柠条塔矿S1212胶运巷道出风口距迎头5m和10m时的风流调控进行实际测试得出：回风侧行人呼吸带高度平均粉尘浓度分别降低33.4%和34.3%,掘进司机处粉尘浓度分别降低45.3%和40.4%,结果表明,根据实际需求建立出风口风流调控方案,对出风口风流状态进行调控可以优化粉尘场分布,降低粉尘浓度,改善通风环境。     

数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统

为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求,针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理,死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题,提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智能调控系统,优化风流场分布。分析建立了系统实现的整体框架、运行流程及关键技术,利用Zigbee自组网功能进行巷道风速、瓦斯体积分数及粉尘质量浓度等实时数据的监测采集,通过ARIMA时间序列预测模型对下一时刻瓦斯体积分数及粉尘质量浓度进行智能预测分析,并引入小生境四段式编码遗传算法提取相应出风口风流智能调控规则,结合GPRS无线传输技术实现出风口风流状态的智能调控,在此基础上,运用Unity3D构建系统虚拟模型并实现了物理实体与虚拟孪生体的映射交互。通过设计搭建的数字孪生系统实验测试平台,验证了系统实时监测、决策评价、智能调控、虚实融合等关键功能技术可行性,并结合具体案例对系统智能调控效果进行了对比分析,结果表明:调控后司机位置处风速明显上升,上隅角瓦斯体积分数由0.623%降低为0.306%,降低率达50.8%;司机位置粉尘质量浓度由1 180 mg/m³     

附壁风筒出风口参数对掘进工作面控尘效果的影响北大核心

为明确径向出风式附壁风筒出风口宽度、径轴向出风比对综掘工作面控尘效果的影响,以冯家塔煤矿某综掘工作面为原型,运用FLUENT软件,对建立的长压短抽式通风综掘巷道模型进行数值模拟,并对模拟结果进行现场验证。结果表明:保持压抽比为1.3,径向出风口长为0.8 m时,随着出风口宽度增加,巷道空间内的粉尘浓度先减小随后增大,改变出风口宽度,当出风口宽度为0.05 m时,司机处粉尘浓度降至100 mg/m^(3),距掘进工作面20 m巷道内基本无粉尘,控尘效果最佳;保持最佳出风口宽度为0.05 m,随着径轴向出风比变小,巷道内粉尘浓度先减小后增大,当径向轴向出风比为1:2时,粉尘被集中控制在负压抽吸区,掘锚机司机位置处粉尘浓度降至1.2 mg/m^(3),此时径向出风式附壁风筒控尘效果最佳。     

综掘工作面压风分流控除尘技术研究与应用

为解决综掘工作面粉尘污染问题,掌握工作面长压通风分流控尘与短抽除尘参数最佳匹配关系,实现最大程度降低工作面粉尘浓度。本文以王家岭煤矿高产尘综掘工作面为研究背景,通过建立CFD计算模型,对比研究综掘工作面不同轴径向出风比的控尘效果,得到有效控尘参数范围,再结合现场实际应用进行验证分析,以此得到最佳控除尘工艺匹配参数。研究结果表明:在增加附壁风筒控尘后,在掘进机尾部形成沿巷道壁螺旋前进的新鲜风流透明风墙,能够将粉尘控制在工作面前部区域;在轴径向出风比为1∶3时,粉尘被控制在前部4 m范围内较小区域,并能满足掘进工作面最低风速要求,对掘进工作面前部粉尘控制作用明显。通过现场对比应用,当轴径向出风比为1∶3时,控降尘效果最佳,司机位置与掘进机尾5 m的总粉尘和呼吸性粉尘浓度可分别降低到26.1 mg/m3和12.7 mg/m3以内,其中控尘效率达到80%以上,总体控降尘效率达93%以上,降尘效果明显,有效缓解综掘工作面粉尘污染,减少了职业危害。     

综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足，导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决，造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题，采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素，建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型，并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试，结果表明：模型误差率最大9.85%，最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%，粉尘浓度最高降低了40%，有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。     

综掘面掘进机扰动下通风除尘参数优化研究

为解决综掘巷道掘进机司机侧风流场紊乱和粉尘防治困难的问题,依据气固两相流理论,以华晋吉宁煤业矿区某掘进工作面为研究对象,基于Fluent软件建立DPM离散相模型,对掘进巷道长压短抽通风条件下有无掘进机时的风流场分别进行分析,对压风口到工作面的距离L₁、抽风口到工作面的距离L₂以及压抽比K三个参数进行模拟研究。模拟结果表明,掘进机对司机侧风流的影响不可被忽视;随着L₁的减小,掘进机司机侧的紊乱风流被消除,粉尘浓度减小,工作面区域粉尘浓度先减小后增大,L₁≈9.5 m时通风效果最佳;使得司机侧工况最佳的参数L₂=3.4 m左右,K=1.1～1.2。     

潞宁煤矿22116回风顺槽掘进工作面降尘技术研究与应用

为降低22116回风顺槽掘进工作面粉尘浓度,通过Fluent数值模拟软件进行巷道内风速分布规律和粉尘分布规律的模拟分析,基于数值模拟结果确定粉尘防治的重点区域为滞后掘进工作面20m的范围,结合巷道地质条件,设计掘进工作面采用优化通风+综掘机喷雾+水幕的降尘方案,喷雾用水采用磁化水,并在防尘方案实施后进行降尘效果分析。结果表明:降尘方案实施后,综掘机司机处全尘和呼尘降尘率分别为83.7%和80%,降尘效果显著,优化了掘进作业环境。     

综掘工作面粉尘扩散与不同粒径粉尘的沉降规律研究

采用理论分析、数值模拟和现场测试等方法,通过建立的煤矿综掘工作面三维数值模型,数值模拟研究了综掘工作面粉尘运移及沿程分布规律,基于滤膜计重法现场测试了综掘工作面的粉尘质量浓度,并从粉尘粒径的角度出发,对现场采集的滤膜粉尘进行了粒度分析。研究结果表明:综掘工作面粉尘主要集中在距工作面端头5 m的区域内,粉尘在风流作用下主要沿回风侧煤壁和掘进机机身之间、掘进机机身与巷道顶板之间向端头后方运移;可将综掘工作面粉尘的沿程沉降划分为急速沉降区、中速沉降区和慢速沉降区;粒径大于50μm的粉尘易在掘进机司机前方沉降;粉尘沉降过程中的"拐点粒径"为40μm,小于"拐点粒径"的粉尘在巷道中不易沉降。     

综掘面压抽组合式通风参数优化研究

为改善煤矿综掘面粉尘问题,根据气固两相流理论,建立综掘面两相流瞬态模型,对压抽组合式通风方式下综掘面粉尘扩散过程进行分析,研究了压抽风口安装位置、压抽比对综掘面粉尘分布规律的影响。研究结果表明:当压风口距工作面距离为14 m、抽风口距工作面为5 m、压抽比为1.15时,粉尘扩散距离最短,巷道后方粉尘浓度明显降低,实验与仿真均表明,在该最佳参数运行的压抽组合式通风相较优化前能显著降低回风侧和司机位置粉尘浓度及粉尘扩散距离。     

综掘面风场液压式智能调控装置研究

针对目前综掘面风筒出风口无法实时调控造成通风效率低、风场分布不合理,粉尘、瓦斯聚集等安全风险剧增问题,研制出能实现四轴调控的液压式风场智能调控装置。根据调研及风场分布特性的分析,确立了装置调控功能参数和装置整体方案,并进行详细设计。通过ANSYS和AMESim软件对调控装置进行仿真分析,验证方案及设计的可行性。通过调控装置井下实测,结果表明:行人呼吸带和司机位置在5 m和10 m两种工况下调控后风速达到规范要求,粉尘的降尘率最高分别达到45.3%和40.4%,装置设计合理,调控效果比较明显。     

综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的数值模拟

针对配有附壁风筒综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的特点,分别采用k-ε和k-ε-Θ-k_p数学模型建立了该流场单相风流流动和气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用Fluent软件对该流场风流及粉尘的扩散进行了数值模拟。模拟结果显示,综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统可在掘进机司机的前方形成基本封闭整个巷道断面的旋流气幕,能有效地将粉尘封闭在掘进头至掘进机司机前方0.5 m的空间内,防止粉尘向其它区域扩散。依据模拟结果和工作面现场的实际条件,设计了由附壁风筒和抽尘净化装置构成的综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统,该系统在综掘工作面应用后,有效地降低了工作面现场各作业地点的粉尘浓度,取得了较好的降尘效果。     

全岩机掘面压风空气幕封闭除尘系统的研究与应用

分析了掘进工作面压风空气幕的形成机制,并采用k-ε双方程模型建立了单相风流流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用FLUENT软件对全岩机掘面压风口距掘进头不同长度时形成空气幕的状况进行了数值模拟,结果显示,随着压风口距掘进头长度的增大,压风形成覆盖巷道整个断面空气幕的能力不断增强,压风口距掘进头30 m时,在距掘进头约8.7 m的位置即可形成1.62 Pa的空气幕,是形成压风空气幕的最佳距离。设计了压风空气幕封闭除尘系统,在唐口煤矿南部回风大巷全岩机掘面试验了该系统压风口距掘进头分别为10,20,30和35 m时的除尘效果,数据表明,应用4种方式后,现场的粉尘浓度均有了明显降低,尤其压风口距掘进头30 m时,效果最为明显,全尘和呼尘的降尘率分别高达95.1%和96.1%,这与数值模拟结果一致。     

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。     

综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果分析

为了确定综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了压风口与工作面不同距离时风流与粉尘流场运移规律,结果表明：压风气幕的形成主要由压风涡流风流场与工作面距离决定,若涡流风流场与工作面距离大于抽风口与工作面距离,可在压风口与抽风口间形成风流方向均指向工作面的压风气幕,压风口与工作面距离越大,涡流风流场与工作面距离越大,越利于形成压风气幕;数值模拟确定了50 mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离随压风口与工作面距离变化的数学关系式;现场实测也显示,压风气幕阻尘效果明显,压风口距工作面30 m时,形成的压风气幕使距工作面10 m断面测点的粉尘浓度降至19.2 mg/m3,有效提高了除尘风机抽尘量,降低了现场粉尘浓度。     

Simulation on dissolute and dust dispersion in comprehensive mechanized heading face with forced-exhaust ventilation

According to the characteristics of comprehensive mechanized heading face, established the mathematical model of single-phase air flow with k-? two equations model, and have established k-?-??-k _p mathematic model to solve two-phase flow of gas and particles in dust space with eulerian-eulerian method and eulerian-lagrangian method. Numerical solution of gas-particle two-phase flow was put forward based on collocated grid SIMPLE algorithm. Moreover, numerical simulation of dust concentration in fully mechanized caving face was carried out by using Fluent software. Finally, when in forced-exhaust ventilation circumstance, drawer type fan drum have less dust absorption, and most of dust spread to the other site; the dust concentration is inversely proportional to the distance from tunneling head, and the dust concentration has already diffused to decrease below 102 mg/m³ at the position of x=12 m. Dust are more focused on relative side(in the range about y from 0 to 2 meter) of roadway space of press-ventilated fan drum, especially between tunneling place and drawer type fan drum; the roadway with road header have a higher dust concentration. These conclusions provide reliable theory basis for the dust prevention in comprehensive mechanized heading face.     

岩石机械化掘进工作面高效除尘系统

为了解决岩石机械化掘进工作面粉尘浓度居高不下的难题,研制了适用于岩石机械化掘进工作面的高效除尘系统;从理论上论证了可控循环风通风除尘系统在有毒有害气体较少的南部回风大巷岩石机械化掘进工作面是可行的,研制了风幕控尘装置,确定了较优参数,并设计了可实现近距离三维吸尘且随机移动的高效抽尘净化装置。该系统在唐口煤业南部回风大巷掘进工作面应用后,工作面有人作业处全尘和呼尘的降尘率分别平均达到91.6%和90.5%,有效降低了现场的粉尘浓度。     

综掘工作面粉尘运移规律及喷雾降尘技术

为优化9-2052巷掘进工作面作业环境,通过现场实测进行粉尘运移规律分析,得出粉尘浓度最大值出现在风流下方10 m以内的范围。基于粉尘浓度分布规律进行喷雾降尘方案设计,喷雾系统分为掘进机腰部以上和腰部以下区域,并在喷雾系统实施前后分别进行粉尘浓度测试。结果表明:高压喷雾系统实施后,综掘机司机处粉尘降低率大于80%,降尘效果显著。     

大采高综采工作面粉尘运移分布规律及机载除尘器关键工艺参数研究

为了更详细了解大采高工作面分区尘源粉尘运移分布规律,以补连塔煤矿12511综采工作面为研究对象,利用流体力学CFD软件对8 m大采高综采工作面粉尘运移分布规律进行数值模拟研究。结果表明:由垮落煤层产生的粉尘在风流的作用下向采煤机后方扩散,高浓度粉尘团运动最高点可达5 m,且沿程粉尘质量浓度逐渐降低。高浓度粉尘团主要集中在采煤机前后10 m范围及底板靠挡煤板一侧,最高粉尘质量浓度可达3500 mg/m^3。为了有效降低工作面粉尘质量浓度,防止污染井下工作环境,提出在大采高工作面安装机载除尘器的方法来控制尘源处粉尘向人行侧扩散,达到净化作业场所的目的。通过研究除尘器吸尘口位置、处理风量对工作面粉尘运移分布规律及降尘效果的影响,得出大采高工作面最优降尘效率的吸尘口位置及处理风量适配组合,最大降尘效率可达到99.9%。