破碎硐室粉尘质量浓度分布的数值模拟及实验

为了改善破碎硐室粉尘质量浓度超标的现状,获取合理的通风除尘参数,根据相似原理,结合气固两相流的运动方程,导出了模拟破碎硐室粉尘运动的相似准则数,建立了破碎硐室相似模型,运用Fluent软件对破碎硐室相似模型粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与相似实验数据对比分析,模拟结果与实验数据基本吻合.研究结果表明:捕捉壁面条件下粉尘质量浓度较之反弹壁面要低;入口风速为0.2~0.5 m/s时,粉尘质量浓度随风速的增大逐步降低.安装抽风除尘系统后,粉尘质量浓度基本保持在2 mg/m3以内,平均除尘率高达90%以上.     

煤层干式钻孔粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

干式钻孔过程中,风力排渣系统将钻屑沿钻孔环状狭缝高速排出,会产生高浓度粉尘.为有效地控制煤层干式钻孔粉尘污染,探寻影响粉尘分布的主要因素,确定出粉尘质量浓度较低的钻孔工艺参数配置,运用SolidWorks联合DesignModeler建模、Mesh划分网格、Fluent解算、CFD-Post后处理等手段,对不同边界条件下煤层干式钻孔粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场实测数据对比分析,两者基本吻合.研究结果表明:压风自环状狭缝喷出后速度急剧衰减,整体呈锥体分布,大颗粒钻屑喷出孔口后就地沉降,细小颗粒悬浮在空气中并随风流继续扩散;钻场内粉尘质量浓度沿程先急剧上升至一个最大值,后快速下降,再逐步缓慢降低;水平方向上,机道中央粉尘质量浓度最高、巷道中央次之、人行道中央最低;竖直方向上,粉尘质量浓度呈现出中间高、上下两侧低的分布规律;钻场风速、钻杆转速、供气压力、钻杆型式及钻孔类型是影响粉尘分布的5个主要因素;当钻场风速为0.5 m/s、钻杆转速为2 r/s、供气压力为0.8 MPa时,采用外平钻杆钻进斜平行预抽钻孔,可取得良好的减尘效果.研究成果可有效地指导现场钻孔作业和防尘装置研发.     

隧道施工洞口粉尘分布影响研究及防控措施

研究景区附近隧道施工产生的粉尘对洞口周边影响及防控措施.依托黄龙景区某隧道现场施工,结合理论分析粉尘运动模式、现场实测数据和数值模拟等方法,探究隧道不同工序对洞口粉尘浓度变化和掌子面推进过程中洞口粉尘浓度演变影响.模拟隧道洞口粉尘扩散模型,对洞口粉尘浓度引起的压力以及洞口附近影响分布进行研究,结果表明:洞口排出的粉尘绝大多数为可吸入粉尘,对洞口周围造成影响较大;隧道施工不同工序对洞口粉尘排放浓度呈时间非线性变化,钻爆出渣和喷射混凝土时产生洞口浓度最大;数值模拟出洞口粉尘扩散模式,当掌子面达到800m距离后,排出的粉尘浓度大致趋于平稳.通过粒径分析发现洞口粉尘颗粒平均个数最多的粒径范围小于7×10~(-6)m,其在洞口出现的概率和频率随粒径范围的减小而逐渐增大.最后科学地设计隧道洞口粉尘防控系统,可为今后隧道施工洞口粉尘防治提供借鉴.     

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%.     

综放面多尘源粉尘分布规律数值模拟及实测

为解决综放工作面粉尘浓度高的问题,掌握各作业工序粉尘浓度空间分布规律,有效指导粉尘控制工作,依据气固两相流理论,运用Fluent软件对综放工作面割煤、移架、放顶煤、转载各工序单独及同时作业时的粉尘分布规律进行数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析.结果表明:割煤作业粉尘沿采煤机机道扩散的同时向人行道空间扩散,需在滚筒尘源处控尘,并在采煤机外侧采取水幕帘除尘措施;移架作业时人行道粉尘浓度高于机道粉尘浓度,需在机道空间和人行道空间均设置架间喷雾;放煤作业粉尘沿人行道空间分布较大,需在放煤口采取隔尘措施;转载点局部风速大,粉尘影响范围较广,应采取密封等措施.还应在放煤和割煤作业之间增加全断面喷雾降尘装置.     

基于数值模拟对隧道钻孔粉尘的通风控制研究

为控制长距离独头隧道掘进过程中台车区气腿凿岩机产生的粉尘污染,采用Fluent软件建立了工作面全尺寸几何模型,对隧道钻孔通风除尘参数进行了数值模拟分析.结果表明,采用常规通风方式,很难控制掌子面粉尘污染,钻孔粉尘遍布在距掌子面10 m范围内;引入长压短抽式通风方案,当压风量与排风量之比为0.72,压风机高度设为2.5 ...     

固定粉尘环境下激光衰减特性分析

为了减少环境对激光传输的干扰,依据Mie散射原理,提出了激光检测法.设计密度可控的密闭试验箱,选择波长为0.65μm的激光光束通过不同浓度粉尘的环境,在分布近似均匀的模拟环境中,设计了传输模型,分析了粉尘环境中激光的传输规律.研究结果表明:当粉尘浓度在100~230g/m3之间时激光信号衰减最快,当浓度大于230g/m3之间时,激光信号衰减基本保持不变.实验结果的拟合曲线与模型曲线相吻合,验证了激光在不同粉尘浓度中的衰减特性和传输模型的正确性.     

纳米级别铝粉粉尘爆炸的实验研究

以3种不同粒径的纳米铝粉为研究对象,采用20L球形爆炸测试装置对纳米铝粉的爆炸特性进行了实验研究.通过对实验过程中纳米铝粉的爆炸过程和爆炸特性数据的分析,得出纳米铝粉的爆炸规律.纳米铝粉的最大爆炸压力和最大压力上升速率受粉尘浓度的影响.当粉尘浓度在0.50kg/m3以下时,爆炸压力随粉尘浓度的增加而有较明显的增大,并逐渐趋向最大值,并在一定范围内趋于稳定;当浓度超过1.25kg/m3以后,最大爆炸压力随粉尘浓度的增加而减小.最大压力上升速率随粉尘浓度的变化与最大爆炸压力随粉尘浓度变化的规律相似.     

离心通风器转子壁面油膜分布的数值研究

对某型航空发动机离心通风器内部流场进行数值模拟,分析不同通风孔偏心距下,油滴颗粒与转子壁面发生碰壁,在转子壁面上形成油膜的分布情况。以离心通风器内空气与滑油颗粒组成的两相流为研究对象,采用壁面液膜模型(wall film model)模拟油滴颗粒与转子壁面之间的碰撞过程。分别计算了通风孔偏心距e为5 mm、7 mm、9 mm时各壁面油膜厚度值,并分析了油膜厚度及运动的变化趋势。结果表明:各壁面的油膜厚度随通风孔偏心距的增加而加大,在e为7 mm时,通风孔内壁和旋转空心轴内壁的油膜厚度出现最大值。     

煤层注水促抽瓦斯及其影响因素的数值模拟

为有效预防煤矿瓦斯灾害,获取煤层注水促抽瓦斯的合理参数,以常村煤矿2103工作面为例,依据多相渗流理论,采用Fluent软件的VOF模型及多孔介质模型耦合求解,对煤层注水促抽瓦斯技术及其影响因素进行数值模拟,并将模拟结果应用于现场,对比分析数值模拟与现场实测数据,二者基本吻合.研究结果表明:煤层瓦斯含量以注水孔为中心径向逐步降低,以抽采孔为中心径向逐步升高;注水前抽采阶段,随着抽采时间的增加,抽采范围逐渐增大,抽采孔瓦斯流量先快速下降,后逐步缓慢降低;注水促抽阶段,随着注水时间的增加,注水范围逐渐增大,注水流量逐步降低,煤层瓦斯含量缓慢升高,抽采孔瓦斯流量逐渐增加;注水后抽采阶段,随着抽采时间的增加,压力水覆盖范围持续增大,煤层瓦斯含量逐渐降低,抽采孔瓦斯流量逐渐减小.注水时机、注水时间、注水压力、注水方式、布置方式及钻孔间距是影响煤层注水促抽瓦斯效果的6个主要因素.瓦斯正常抽采20 d后,按照一注一抽方式及5 m间距布置注抽钻孔,在8 MPa煤层注水压力下间歇注水10 d,煤层注水促抽瓦斯效果较好.     

黄土中渗滤液的迁移勘察与数值分析

在西北黄土地区某填埋场进行钻孔取样和渗滤液水位测试,在室内对不同深度土样的Cl-和COD质量浓度进行测试分析,获得该填埋场运行19a后渗滤液在底部压实及天然黄土层迁移情况.针对该填埋场,建立污染物迁移的二维有限元数值模型,通过实测数据的反演分析率定出Cl-和COD在场底土层中的迁移参数,并对该填埋场继续运行至50a时污染物的迁移进行预测.测试结果表明:该填埋场运行19a后COD和Cl-在压实及天然黄土层中最大竖向迁移深度分别为3m和7m,水平向迁移距离有限,黄土对COD具有较强的吸附阻滞作用.模拟预测结果表明:在18.5m高渗滤液水头作用下,填埋场运行50a时渗滤液中COD和Cl-的最大迁移深度分别达5m和15m.     

掘进面粉尘浓度分布规律模拟与现场实测对比

为了研究掘进面粉尘浓度分布规律,结合回坡底东五区掘进巷道的实际情况,借助流体软件Fluent建立并模拟了压入式通风16种模型的粉尘分布规律.对于巷道不同的水平面,随着离底板距离的增大,粉尘浓度先减小,之后趋于平稳;对于巷道的各纵截面,由进风侧到回风侧,粉尘浓度先减小后增大;由巷道掘进面到巷道末端各平面,粉尘浓度先是急剧降低,之后又慢慢升高,然后又减低,并趋于平稳.通过对比分析,得出当压入式风筒距离掘进面10 m时,掘进面的通风除尘效果较好.为了验证数值模拟结果的可靠性,将数值模拟值与现场粉尘浓度的实测值进行了对比分析.根据粉尘的分布规律,提出了粉尘治理的一些优化措施.     

脉动水力压裂钻孔密封参数的测定及分析

为了改善脉动水力压裂钻孔密封性能,选择膨胀水泥冻复合材料(简称PD复合材料)作为密封材料,采用具有典型代表性的管径为95mm和108mm的内壁粗糙的无缝钢管作为模拟钻孔,在不同封孔长度条件下,对压裂密封参数进行实验测定分析.结合Lagrange插值法,计算在所需压力条件下,钻孔密封合理长度.结果表明:PD复合材料承压能力与封孔长度成正比,与钻孔直径成反比.当钻孔直径较小时,钻孔密封段内裂隙扩展的困难程度随封孔长度的增加而增加;反之,随封孔长度的增加而减小.脉动频率越高,对钻孔密封的承压性能要求越高,且高频的脉动压力更有利于脉动压裂过程中钻孔密封段内裂隙的产生与扩展.当脉动水力压力为16MPa时,脉动水力压裂过程中合理的封孔长度为13m.     

水电站调压室施工通风数值模拟与检测反馈研究

大型地下洞室群施工期通风散烟效果直接影响施工效率和施工人员安全,结合黄金坪水电站地下厂房调压室工程,借助数值模拟和现场检测方法动态调整通风方案。采用FLUENT软件模拟洞室内通风流场,结果表明在初始通风方案下调压室风速总体满足规范要求,但在洞室交叉等边角处风速小于0.25m/s,建议在洞室交叉处增设负压风机和射流风机,并封闭已完工且无后续通风需求的上层施工支洞,从实测结果来看,以上措施取得了良好的效果,洞室边角处的风流速度明显加快,均达到了规范要求。对地下洞室群通风质量进行现场跟踪检测,结果表明：初始通风方案经过优化后,洞室群风速总体有一定的增加;分析风速、风温、粉尘浓度三要素的相关性发现风速与粉尘浓度和风温呈明显的负相关;从风流要素沿程变化趋势来看,当洞室群内整体或局部区段风速低于0.5m/s时,洞内温度基本都高于规范规定的28℃,粉尘浓度均大幅超过国家安全标准10mg/m3,故针对本工程实际情况,为有效保证通风质量,建议本工程中地下洞室群在开挖时洞内风速应不低于0.5m/s。从实测数据可以发现,现场通风环境复杂,各洞室交叉处通风流场很不稳定,因此建议同类工程在有条件的情况下,在施工现场增设风流要素实时检测点,根据现场检测结果对通风方案进行动态优化,以全方位保证通风质量。     

突出煤层深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采消突研究

通过三角形布置水力致裂钻孔、互为卸压孔和观测孔、深封孔短封孔长度等保障了突出煤层掘进头超前深孔水力致裂驱赶的安全性.采用现场试验观测了水力致裂的裂缝扩展与瓦斯驱赶范围,分析了水力致裂前后突出危险性指标、打钻难易程度、迎头瓦斯体积分数、瓦斯抽采效果和消突效果的变化.在水力致裂导致的孔隙水压力和瓦斯驱赶作用下,水力致裂结束后立即钻区域抽采孔较困难;4h后打钻就非常容易,很少出现吸钻、喷孔、煤炮声等现象.薛湖矿4条煤巷掘进的实践表明该技术区域消除了突出危险性.突出煤层掘进节省了10个区域孔的工程量和施工时间,区域消突瓦斯抽采时间减少8.3h以上.     

综采工作面割煤时煤尘污染状况的现场实测研究

在对平沟煤矿综采工作面采煤机割煤时煤尘浓度和分散度现场实测和分析的基础上,得出了综采工作面采煤机割煤时煤尘的污染特征.在一定风速条件下采煤机割煤时,距底板和煤壁较近处煤尘的总粉尘浓度沿程分布曲线出现2个极大值,然后随着煤尘运移距离的增加,煤尘的总粉尘浓度沿程分布曲线趋向于1个稳定值;距顶板和液压支架较近处煤尘的总粉尘浓度沿程分布曲线仅出现1个极大值,然后随着煤尘运移距离的增加,煤尘的总粉尘浓度沿程分布曲线也趋于1个稳定值.     

地震CT探测技术在岩溶勘察中的测试应用

为准确掌握工区范围内岩溶的发育情况及其速度响应特征。现场采用地震CT探测技术对某研究区内的地质体开展一孔激发、多孔接收的地震CT剖面的快速扫描，进一步对实测数据进行反演层析成像，最后通过孔间CT层析成像结果结合钻孔资料对测试成果进行综合地质分析与解释。结果表明：研究区浅部覆盖层及岩溶或溶蚀裂隙与下伏基岩之间存在明显的速度差异，其中浅部覆盖层及岩溶发育区速度值约在800～2 000 m/s,而下伏基岩速度普遍在3 000 m/s以上；通过采用一孔激发、多孔同时接收的观测系统，可大大降低现场施工时间，并可同步获取多组剖面数据并提高探测精度。基于一孔激发、多孔接收的地震CT探测技术在实际工程中具有一定的应用和参考价值。     

水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟

利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5 μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3 000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大.     

卵石层成孔钻进施工工艺

为解决卵石砂土层钻孔灌注桩成桩难、易塌孔的难题,结合珲春矿某竖直风井冻结孔打钻施工中的实际情况和技术要求,给出施工工艺及措施,指出不同的岩层应采用不同的钻进系数和钻具,要合理调配泥浆.该工艺保证了成孔的质量,缩短了冻结时间和施工总工期.     

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.