基于附壁射流的控、除尘一体化技术研究

针对我国现有煤矿综掘工作面控尘及除尘设备移动困难,现场适应性差和最佳除尘工艺参数不易保持的难题,通过数值模拟和实验室模拟试验研究,分析了综掘工作面控尘及除尘设备集中布置抽尘净化方式的可行性和相关工艺参数,提出了基于附壁射流的综掘工作面控尘及除尘一体化技术;研制了可自行移动的控尘及除尘一体化系统,有利于实现综掘工作面通风、控尘、除尘过程的一体化.数值模拟和实验室模拟试验结果表明,控尘及除尘一体化系统能够应用于各种断面巷道和多种工况条件下控制掘进迎头粉尘的扩散,提高除尘器的抽尘净化处理能力;当压抽风量比为1.04(压入风量为226 m~3/min,抽出风量为218 m~3/min)时,控尘距离和抽尘距离分别为17 m和2 m时,系统的降尘效果最好,司机处和机组后5 m处的总粉尘降尘效率分别达到了98.94%和96.47%,质量浓度分别为12.5 mg/m~3和8.3 mg/m~3,可以有效解决综掘工作面的粉尘污染问题.     

通风条件对综掘面控尘气幕的影响

为了有效地控制综掘面高浓度粉尘污染,应用FLUENT软件数值模拟通风条件影响综掘面控尘气幕形成与作用的规律.结果表明:压风口与迎头距离、压抽比、压风筒及抽风筒直径越大,抽风口与迎头距离、压风量越小,越利于形成控尘气幕,但压抽比越小,控尘气幕的风速越大;根据数值模拟结果,拟合了50mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离与各通风条件的关系式,确定了压抽比为0.75时,控尘气幕作用效果较佳,为控尘气幕形成与作用的最优通风条件,并将其进行了工程应用.实测值与数值模拟值基本一致,高浓度粉尘被控制在距迎头5m的无人作业区域内.     

轴向压及径向旋流风幕的形成与隔尘仿真

为了提高掘进面的风幕隔尘效果并降低粉尘体积质量,设计轴向压风幕及径向旋流风幕形成与隔尘仿真实验,确定2种风幕的形成规律与隔尘规律.1)形成规律:压风量越大,越不利于2种风幕的形成,但对轴向压风幕的影响更大;压抽比越大,越利于形成轴向压风幕,对径向旋流风幕的影响相反.2)隔尘规律:压风量越大,2种风幕的隔尘效果越优;当压风量增至300m3/min后,轴向压风幕消失,该条件下,压风量越大,迎头粉尘向外运移能力越强;压抽比越小,2种风幕的隔尘效果越优,且径向旋流风幕的效果提高更大;当压抽比为0.75时,2种风幕的隔尘效果均已接近最优值.径向旋流风幕的形成受通风条件影响较小,隔尘效果也更优,更适用于掘进面现场隔尘.     

岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟

为了解决岩巷综掘工作面粉尘质量浓度超标的问题,对比分析已制定的通风除尘系统布置方案,以薛村矿南翼皮带运输巷为背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型(DPM)对岩巷综掘工作面通风除尘系统进行数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析,模拟结果与实测数据基本一致.研究表明:粉尘颗粒自尘源产生后,纵向随风流方向运动,横向随机扩散;掘进巷道内粉尘质量浓度沿程先急剧上升至最大值,后逐步缓慢降低;通风除尘系统布置方案中,降尘效果按优劣排序为二者同时安装、安装附壁风筒、安装除尘器、压入式通风.根据现场实测数据,以压入式通风条件为基准,安装附壁风筒、安装除尘器及二者同时安装条件下平均除尘率分别为49.4%、67.1%及86.2%.     

掘进巷道爆破后排烟时间计算

为研究掘进面爆破后排烟时间,推导掘进面炮烟运移规律公式,对排烟时间影响因素进行灰色关联度计算,得出主要影响因素的敏感性大小排序为:巷道出口到掘进面迎头的距离(0.827)风筒口到掘进面迎头的距离(0.738)风筒供风量(0.628)炮烟中CO初始体积分数(0.547).在归来庄金矿掘进巷道中进行炮烟监测试验,研究了压入式通风条件下,风筒口到掘进面迎头的距离LO分别为10、15、20、25、30 m时,巷道出口到掘进面迎头的距离LP分别为40、60、80、100、120 m的排烟时间.研究结果表明:排烟时间随巷道出口到掘进面迎头的距离增加而变长,两者拟合成线性关系;排烟时间随风筒口到掘进面迎头的距离增加而变长,成非线性增加;排烟系数c与LO拟合成线性关系,并推导出不同工况下排烟时间的计算式;在试验及相似巷道的5个工况下进行验证,相对误差为6.1%,3.8%,5.4%、8.8%,9.3%,具有较好的准确性和可靠性.     

大采高综采面风流-呼尘耦合运移规律CFD数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)原理,应用FLUENT软件对多工序、多尘源下的大采高综采面风流-呼尘耦合运移规律进行数值模拟.结果表明:在采煤机中心下风侧10m附近的支架立柱附近形成了一段长约10m、高约4m、最高风速达4.95m/s的"大采高综采面高速风流带";煤机割煤及移架产生的呼尘在滚筒截割煤体变截面处叠加形成平均质量浓度为1 445mg/m~3的高质量浓度呼尘团,并向人行道方向扩散;移架产尘主要局限在顶板附近扩散运移,平均呼尘质量浓度达到996mg/m~3;人行道呼吸带高度内呼尘沉降不明显,沿程质量浓度围绕250mg/m~3上下波动;综采空间呼吸带高度范围的呼尘质量浓度在距离煤壁约0.6m处达到最大值,并沿下风测方向减小.根据模拟结果,提出了以导流板、高压微雾、喷雾卷吸、联动喷雾、全断面雾化以及湿式捕尘网等为体系的大采高综采面呼尘防治措施,以达到高效抑尘的目的.     

三相泡沫对综放面采空区漏风的影响规律

为研究综放面上隅角埋管注三相泡沫时采空区漏风风流的变化规律,采用FLUENT软件进行模拟分析.模拟结果表明,当综放面倾角分别为0°,10°,30°时,三相泡沫在采空区沿工作面倾斜方向的扩散范围分别达到20～30,50～100,100～150m,大大地减少了采空区的漏风风量;同时,采空区氧化带带宽分别缩减为10～20,10～15,5～10m,模拟结果表明三相泡沫能有效地防治采空区的煤炭自燃.以新集二矿1606工作面为例,注三相泡沫后,采空区氧化带带宽由60m缩减为15m以内,漏风风量由原来的约200m3/min减少到约25m3/min,以此为依据制定的防灭火方案取得了很好的效果,表明了模拟结果跟现场实际基本吻合.     

无阀压电微泵用平面锥管内部流动附壁效应

为研究锥管内流体流动中产生的附壁效应对其流阻系数的影响,采用数值模拟的方法对平面锥管内部流动附壁效应进行研究.结果表明:雷诺数Re在300~3000,锥管角度在5~40°时,扩散方向流动可以分为3种状态,即稳定状态、附壁状态和射流状态.锥管角度为10~35°时,锥管内流动易于发生附壁效应.Re在300~1 200时,稳定状态扩散流阻系数随着扩散角的增大迅速降低;附壁状态扩散流阻系数随着扩散角的增大缓慢增大;射流状态扩散流阻系数随着扩散角的增大而缓慢降低.Re在1 800~3 000时,附壁状态扩散流阻系数在锥管角度为30°时达到最大值.流阻系数比在稳定状态和射流状态下基本不变,在附壁状态下随着扩散角的增大迅速减小.     

马钢1000m3高炉开炉达产实践

马钢3号1000 m~3级高炉2017年1月13日开炉,开炉6天产量达2 821吨/日,炉况基本稳定顺行,风量稳定在2550 m~3/min的全风水平,开炉快速达产为今后提供了借鉴。     

复杂漏风条件下煤体反复氧化与温升特性实验研究

为研究复杂漏风条件下煤矿井下密闭区内煤氧化温升特性,利用大煤堆自然发火实验台,开展了持续漏风(风量0.6 m~3/h)、微漏风(风量0.6 m~3/h→0)及间断漏风(风量0.4,1.2,0.4 m~3/h)条件下煤氧化过程与温度变化特性的研究。实验结果得到了持续漏风条件下风流的散热及供氧能力对煤自燃温升的影响特性,表明密闭区的"呼吸"漏风现象是引发煤氧化温升突变的原因,尤其是密闭区内注氮灭火后,煤体氧化温度的变化对"呼吸"漏风非常敏感。从理论上分析了复杂漏风环境下高温点的形成条件和演化规律。通过实验,获得了密闭区煤氧化高温点形成的判断依据,为密闭区煤自燃防治技术提供了理论依据。     

基于层次分析法优选掘进巷道通风方法分析

针对掘进巷道井下爆破炮烟扩散产生的安全问题,基于掘进巷道现场通风方法数据参数,借助Fluent软件开展矿山井下爆破炮烟扩散规律数值模拟,利用层次分析法定量评判了3种通风方法(压入式、抽出式、混合式)对掘进巷道工作面风速、炮烟体积分数、通风时间及工程投资的影响,优选出掘进巷道最佳通风方法。研究结果表明：利用压入式通风方法是排除巷道炮烟的最佳方式,量化得分0.517。CO体积分数与通风时间呈负指数递减关系,当风量为2.35 m³/s、风筒直径为0.5 m,距离工作面10 m的压入式通风方法条件下,通风1 500 s井下CO体积分数即可满足安全标准。     

采空区自燃"三带"微循环理论及漏风流场数值模拟

为掌握采空区自燃"三带"分布及其自然发火规律,通过唐口煤矿2307工作面采空区自燃"三带"现场温度和气样观测,利用FLUENT软件对采空区漏风流场数值模拟.结果表明:采空区自燃是一个氧热微循环过程,当漏风供氧大于氧化耗氧、氧化生热大于漏风散热时,氧热微循环可持续进行,直至自燃;得出工作面不同风量下采空区自燃"三带"的区域.进风巷侧采空区可能自燃带范围在48.2～98.6 m,而回风巷侧采空区可能自燃带范围在24.3～98.6 m.经对比分析,得出最有利于采空区防灭火的最佳供风量为1 200～1 440 m~3/min,可满足防灭火的需要.     

杨村煤矿通风系统优化改造研究

为解决杨村煤矿通风系统出现的通风巷道阻力大和北翼采区需风量大幅增加等问题,采用了现场调查测试的方法,对杨村煤矿通风阻力进行了现场实测,找出了矿井的阻力分布规律,发现南、北翼公共进风段和回风段阻力较高。根据矿井的发展规划和当前通风系统存在的问题,提出了四种井下降阻改造方案。应用通风模拟结算软件MVENT,分别对四种改造方案进行通风系统网络模拟解算,综合分析确定最优的改造方案。根据模拟结算结果,方案4扩修-273轨道运输大巷,并且北翼采区风量向南翼分流,风量为1 000 m~3/min,完全满足《煤矿井工开采通风技术条件》所规定的安全要求,综合分析后确定为杨村煤矿最优降阻方案。     

立磨系统风量对物料重力分级影响模拟分析

为研究立磨系统风量对物料重力分级的影响,得到系统风量的优化参数,利用CFD流体分析软件对MLS3626立磨进行了以系统风量为单一变量的数值模拟对比实验,实验得出:系统风量越大,重力分级区气体流速越大,该区域截面内速度梯度也越大;增大系统风量,颗粒运动轨迹发生变化,重力分级区切割粒径增大;系统风量在3 500～4 000m3/min时,重力分级区速度场较优,切割粒径比较理想.通过试验验证了系统风量在4 000m3/min左右时,产量较高,且质量较好,为此种模拟方法应用到煤粉以及其他非金属矿石的立磨粉磨系统进行风量参数优化奠定了基础.     

硐室型风机机站空气动力学特征研究及其应用

针对运输巷道中难以设置风机机站的难题,依据风流流动的基础理论,建立了单机和多机并联硐室型风机机站的理论模型,应用Matlab进行数值模拟分析,并在多级机站通风系统中开展应用研究.结果表明:多机并联硐室型风机机站完全能够替代辅扇或巷道型风机机站,在难以设置辅扇或风机机站的运输巷道内有效解决工作面供风不足、风流反向、污风循环等风流调控的技术难题,引射风量大于35 m3/S,降低作业面环境温度3℃以上.不仅增强了多级机站通风方式的适应性,减少风机机站的维护量,不影响行人和运输,而且改善作业区的供风质量,提高柴油机运输设备的燃烧效率,强化中段通风网络的排烟排尘效果,有利于保护工人的身体健康和促进矿井的安全生产.     

宽厚比为5的超高层建筑风荷载特性研究

为了探究大宽厚比超高层建筑风荷载特性,本文开展了宽厚比D/B=5的超高层建筑刚性模型测压风洞试验,对建筑表面风压系数、层风力系数、基底力矩系数等进行了研究,并将试验结果同传统方形截面超高层建筑进行了对比.研究表明:大宽厚比建筑侧风面发生了分离流再附,且在下游角点处出现二次分离,再附点位置与湍流度有关,湍流度越小,再附点...     

上层煤柱下综放沿空回采巷道矿压规律研究

为揭示上层残留煤柱下综放沿空回采巷道矿压显现规律,有效控制围岩变形,根据阳泉一矿8902综放面地质与开采条件,结合现场沿空回采巷道矿压观测结果,应用FLAC3D数值模拟计算分析回采巷道塑性区发育及应力分布情况.研究表明,综放回采巷道在上层残留煤柱影响与本层煤回采引起的应力重新分布耦合作用下,回风巷两帮及顶底移近量高达1985,1877mm,局部断面不足2m2,严重制约了工作面安全高效生产,采取合理布置回采巷道及减小区段煤柱宽度等措施可有效维护巷道.     

PECVD SiN 应力特性的研究

用自制的激光束偏转法测量衬底形变弯曲系统,测量了等离子增强化学汽相淀积(PECVD)SiN 膜的应力,反应气体为硅烷和氮气,结果表明:SiN 的应力为压应力,介于1～3×10~9N/m~2,应力的大小依赖工艺条件,如淀积温度、气体组分等,SiN 的本征应力也是压应力,数值为1.1×10~9N/m~2,最后,建立了用于解释本征应力的定性模型——等效晶粒模型,成功地说明了 SiN 膜的应力形成。     

露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验

为解决露天矿潜孔钻机作业粉尘污染严重的问题,从传统除尘技术应用效果差、耗风量大、取水困难等事实出发,根据泡沫除尘机理及两相泡沫发泡原理,设计了一种适用于露天矿潜孔钻机的泡沫发生器,并对其发泡性能进行研究.通过开展泡沫发生器的泡沫流量、发泡倍数及半衰期等性能实验,确定出影响泡沫发生器发泡性能的主要因素,得出泡沫发生器的最佳工况点.实验结果表明:气体流量、液体流量(气液比)、发泡网及发泡剂质量分数是影响泡沫发生器发泡性能的4个主要因素,在工况为发泡网1、质量分数1.5%的配方2、气体压力0.7 MPa、液体流量18 L/min及气体流量30 m~3/h条件下,泡沫发生器发泡性能达到最佳,其流量为515 L/min,发泡倍数为22,半衰期为65 min.经现场试验,泡沫除尘后采场平均降尘率高达90%以上,应用效果良好.     

矿用FBD轴流风机出口消声器设计与研究

矿用FBD轴流风机煤矿井下使用广泛,但因噪声较大,影响了使用效果。通过对某风量为700m³/min的轴流风机进行噪声测量,发现进出口频率特征呈宽频状,而风机出口整体噪声值高于进口噪声值,对整机噪声贡献最大。针对以上问题,设计了矩形槽阻性消声器与圆形槽阻性消声器,通过建立声学模型和流体模型,分析两者的声学特性,并对传递损失进行仿真计算,最终确定矩形槽消声器为设计方案。并对其内部插片进行结构优化,使得消声器最大压力从1 067.84 Pa降低到300.00 Pa,最大湍动能从100.00 m²s²降低至50.00 m²s²,在最大风量处压力损失从740 Pa降低到78 Pa。经试验,测得安装消声器后最大降噪量为16 dB,最大噪声值为81.1 dBA,低于规定噪声限值85 dBA,达到整机噪声优化目标。