不同通风方式及压风量下的掘进工作面风流粉尘分布规律研究

为解不同的通风方法和压风风量对掘进工作面粉尘分布规律的影响，建立了乌东煤矿西区掘进工作面的1∶1物理模型，利用Ansys Fluent软件对压入式、混合式通风条件下的掘进工作面粉尘运移情况进行数值模拟；在混合式通风条件下改变压风量，观察粉尘扩散的规律。结果表明：压入式通风无法有效控制粉尘运移，而混合式通风的情况下粉尘得到了有效的控制；不同的压风量会产生不同的控尘效果；当压风量为150～250 m³/min时，压风量过小，导致粉尘堆积在巷道前部；而压风量为350 m³/min以上时，因为压风量过大，导致粉尘在被除尘风机净化前就被风流裹挟扩散至巷道后部，使得控尘效果较差；当压风量为300 m³/min时，控尘效果最佳，高浓度粉尘被控制在巷道距离迎头25 m内。     

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明：保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m³/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30～90 mg/m³,作业环境最佳。     

掘进工作面压入式通风流场的数值模拟

由于井下作业的特殊性,掘进工作面必须应用局部通风系统。针对掘进工作面压入式通风,依据空气动力学、流体力学、紊动射流等理论以及风流流动特性,结合某矿山115m中段掘进面的实际情况,利用Fluent软件对掘进工作面的风流流场进行数值模拟研究。结果表明,风流流场存在附壁射流、冲击射流、回流以及涡流4个分区。风筒出口的射流区正下方小块区域和巷道顶部区域风速极低,这可能导致巷道内存在通风盲区,需对此处加强通风管理。     

压入式通风掘进巷道粉尘悬浮运移规律研究北大核心

为改善煤矿掘进工作面产尘量高、煤尘浓度大、作业环境恶劣等问题,根据气固两相流理论,基于Fluent数值仿真软件,建立掘进巷道几何模型,并选用标准k-epsilon湍流模型以及离散相模型(DPM),对压入式通风掘进巷道在不同风筒出风口风速及风筒位置下的空气流场和粉尘悬浮运移规律进行数值模拟研究。结果表明:随着风速的增大,风流速度主要集中于压风筒下侧及其对角处,并在x=3 m处逐渐形成涡流区域;粉尘悬浮时间减短,巷帮及巷道顶底板捕捉粉尘量增大,巷道出口排尘速率及排尘量增大;随着风筒与工作面距离增大,粉尘扩散严重,悬浮时间增长,轨迹紊乱程度增加,巷道出口排尘量减小,影响了通风除尘效率。     

压入式通风掘进工作面粉尘分布规律研究

针对压入式通风掘进工作面风流流场结构特点,把工作面粉尘分布划分为3个区：射流区、回流区及涡流区来进行研究,建立了3个区粉尘浓度计算模型,得出了压入式通风掘进工作面3区粉尘分布不均匀的规律：即回流区、涡流区粉尘浓度较高,分布较均匀;射流区粉尘浓度相对较低,且粉尘浓度沿射程不断变化,离风筒出风口越远,射流断面粉尘平均浓度越高;射流卷吸比对进工作面粉尘分布不均匀性影响较大,射流卷吸比越大,整个工作面粉尘分布越均匀,这些结论为进一步研究掘进工作面通风过程中粉尘的分布,正确评价掘进工作面作业环境和掘进通风效率,提供了新的理论依据。     

掘进工作面不同通风方式的粉尘运移规律研究

为了解决掘进工作面粉尘污染严重的问题,运用COMSOL软件对某矿1019掘进工作面进行了几何模型构建,并基于k-ε湍流模型和流体流动颗粒跟踪模型,计算了在压入式和长压短抽通风方式下的速度切面、风流流线分布以及粉尘粒子的运移轨迹,分析了两种通风方式对粉尘粒子运移的影响,并研究了掘进工作面在两种通风方式下的粉尘运移规律。结果表明:压入式通风方式下,由压风筒将新鲜空气压入巷道内,迫使掘进工作面的粉尘随风流排出巷道,导致掘进机前方区域风流曲线非常密集形成多处涡流导致粉尘粒子在涡流处聚集,同时部分粉尘粒子沉淀在巷道底部,还有部分粉尘粒子沿右侧巷道壁面向后方移动,其控尘效果较差;长压短抽通风方式下,两风筒前方区域速度较大,且压风筒和抽风筒之间风流流线密集;压风筒吹出气流裹挟粉尘粒子移动,同时利用抽风筒的抽吸作用将粉尘粒子吸入排出巷道,与压入式通风方式相比长压短抽的降尘效果更好。     

基于综掘工作面除尘的压入式通风参数优化

为研究压入式通风系统下粉尘的分布规律,合理优化压入式通风系统以求达到更好的除尘效果。以某煤矿综掘工作面实际数据为参照建立压入式通风巷道的几何模型,并用ANSYS软件对其风流场以及风流场中煤尘分布规律进行模拟。通过对比模拟压入式风筒位于不同高度时巷道内粉尘的分布情况选择除尘效果最好的风筒位置。模拟结果显示:在压入式通风通风流场中煤尘浓度分布由高到低依次为涡流区、回流区、贴壁射流区。对该系统当压入式风筒位置位于距底板2.3 m时(整个巷道高度的2/3处)压入式通风除尘效果最好。     

快速掘进工作面长压短抽通风除尘技术优化

为解决马兰矿2#煤层快速掘进工作面粉尘浓度过高的问题,以12702运输顺槽掘进施工为背景,通过数值模拟、实地监测、理论分析等研究手段,对长压短抽除尘系统参数进行优化,确定压风筒距迎头最佳距离为15 m,压风筒出风量为650 m³/min,抽风筒距迎头3 m,抽风筒风量为500 m³/min,压抽比为1.3。通风参数优化后掘锚机司机处粉尘浓度减小56.5%,绝大部分粉尘控制在掘锚机前方,巷道回风侧粉尘浓度显著降低。     

长压短抽除尘系统不同因素变化对粉尘运移影响的模拟研究

为了解长压短抽通风除尘系统中压抽风量比、压风风筒出风口与迎头距离变化、控尘装置的轴径向出风比、供风侧控尘对掘进巷道粉尘运移变化的影响,通过FLUNET软件进行模拟计算,得到不同影响因素下巷道内粉尘运移范围变化情况,拟定通风控、除尘方案,并通过现场实测粉尘浓度进行验证。结果表明:在无控尘条件下,压抽风量比、压风出风口距离对司机位置断面粉尘浓度影响多变,掘机后方含尘区域面积较大,不利于除尘;有控尘条件下,压风风筒距离迎头10 m、15 m的合适压抽风量比分别为0.8、1.2,距离为12.5 m时,压抽风量比变化司机位置断面粉尘浓度变化较小;控尘装置轴径向出风比为1:2时,司机位置及掘机后方区域粉尘控制效果最好。     

综掘工作面抽尘区域对旋流风幕控尘的影响

为提高综掘工作面旋流风幕控尘效率,降低高浓度粉尘污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了抽尘区域对旋流风幕控尘的影响规律。结果表明：随着抽风口距工作面距离增大,抽风筒距压风筒对侧巷道边壁越远,工作面流场控尘能力逐渐降低,高浓度粉尘扩散距离及扩散角均随之增大。基于模拟结果,确定了综掘工作面旋流风幕控尘的最优抽尘区域为抽风口距工作面2 m,抽风筒安设于压风筒对侧巷道边壁。通过工程应用,验证了数值模拟结论的有效性,掘进司机处粉尘浓度可降至24.6 mg/m³,风幕控尘效率达到91%。     

控尘风筒出风口形式变化对掘进工作面粉尘运移的影响研究

为研究控尘风筒出风口形状及数量变化对掘进巷道主要区域风速变化和粉尘运移的影响,通过FLUNET软件,对不同控风口形状、不同控风口间距分别进行模拟计算,得到对应条件下巷道内1.5 m高度断面、距迎头不同距离断面的风速及粉尘浓度变化云图,以及人行侧采样点位置的风速及粉尘浓度变化曲线图,结合寸草塔煤矿井下掘进巷道进行验证。研究结果表明：在压抽比1.2、轴径向出风比1∶3条件下,圆柱形控风口控尘效果优于矩形控风口和单个矩形控风口;控风口间距为750 mm控尘风筒主要位置的粉尘浓度小于间距为500 mm对应位置的粉尘浓度;现场验证过程中,不同控风口条件下,司机最大降尘效率为92.54%,粉尘浓度为41.3mg/m³,一运与二运转载点后方5 m位置最大降尘效率为91.56%,粉尘浓度为31.7 mg/m³,控风口间距为750 mm的控尘效果优于间距为500 mm的控尘效果,这与数值模拟结果一致。     

可变角度新鲜风流下煤巷掘进长压短抽除尘效果数值模拟

传统的长压短抽除尘系统会在迎头处形成涡流,增加了粉尘的进一步积聚和循环。针对这一难题,提出了一种可改变压风筒出口风流角度的长压短抽除尘系统;结合王家岭12307掘进面实际,采用Fluent软件模拟压风筒出口风流角度和压抽比作用下巷道内粉尘的运移特征,得出压风筒出口风流角度及压抽比在不同耦合方式下的影响效果;研究采用非稳态DPM模拟,实现粉尘运移规律的可视化。结果表明：当压风筒出口风流角度不变时,除尘效率随压抽比增大而提高;当压抽比不变时,迎头处涡流随着压风筒出口风流角度的增加逐渐减弱;当压风筒出口风流角度为60°,压抽比为0.67时,除尘效果最佳。     

大断面综掘岩巷控尘工艺的试验研究

控尘工艺是掘进工作面采用通风除尘进行粉尘治理的瓶颈技术。在掘进巷道控尘实验平台上,使用EBH450掘进机真实截割,对4种控尘工艺进行了试验研究。通过测量4种控尘工艺下巷道内的风流分布及粉尘浓度分布,分析了掘进设备对巷道风流的影响,得出分风量为40%的压风分风控尘效果最佳,司机处的粉尘浓度约为22 mg/m~3。     

掘进巷道壁面粗糙度对受限贴附紊动射流的影响

由于巷道壁面粗糙度对贴附紊动射流起始段与主体段有较大影响,根据贴附射流理论,通过FLUENT软件数值模拟,分析在巷道壁面粗糙度厚度不同及粗糙度不均匀的情况下,贴附紊动射流运动特征及对掘进巷道内通风流场的影响。结果表明:巷道壁面粗糙度厚度对受限贴附紊动射流的起始段影响较小,对主体段影响较大,随着粗糙度厚度增大,主体段的轴心速度减小越快,低风速区厚度增大,在回流区易形成涡流区;随着粗糙度不均匀性增加,巷道内涡流区增大。数值模拟结果与理论分析结果相符,为研究掘进巷道风流传递过程、粉尘与瓦斯运移规律等提供了理论基础。     

基于气幕屏蔽的掘进工作面通风除尘参数优化研究

为了改善掘进工作面产尘量大,通风排尘污染其他巷道的问题,在现有长压短抽式通风基础上,提出气幕阻尘结合长压短抽联合除尘方案,并采用数值模拟软件以及现场实验的方式对除尘参数进行分析。研究结果表明：当压风量为330 m³/min、压抽比为0.75时,抽出式除尘风机距离工作面距离为3～4 m时控尘效果较好;但掘进机操控区域距尘源较近,为了尽可能减少粉尘流经掘进机操控区总量,在掘进机操控区前方0.5 m处设置气幕,空气幕发生器出口风速为15 m/s时控尘效果最好,降尘率可以达到90%以上。     

短壁连采工作面通风系统设计及流场数值模拟

为保证常村煤矿4011连采工作面掘进回采期间的通风安全,结合矿井地质条件及目前巷道布置情况,对原4011工作面进行短壁工作面布置与通风系统设计,回采期间采用FBD6.3/2×18.5型对旋轴流压入式局部通风机对工作面进行通风,在4011运输平巷与4011回风平巷之间掘进回采支巷回收煤柱,形成生产系统;为加强巷道掘进通风管理,对局部通风系统流场进行Fluent数值模拟,结果表明,射流从风筒中射出后分为射流区、回流区、涡流区、循环涡流区,风流在支巷流动过程中以射流、涡流、回流等多个流体状态耦合存在,射流区对其周围空气有卷吸效应,射流前进过程中射流区的截面逐渐变大,当达到7 m时,断面出现收缩现象,因此,在掘进过程中,风筒出口与工作面距离小于10 m为宜。结果对保证工作面安全高效生产具有理论指导作用。     

岩巷掘进工作面控风净化除尘系统设计与应用

针对岩巷掘进工作面压风风流携带迎头粉尘弥漫扩散造成粉尘治理难度大的问题,提出了掘进面“控风—净化”综合粉尘治理方案,构建了由湿式旋流除尘器、易装拆控尘装置、便移式负压风筒等组成的岩巷掘进面高效除尘系统,对比分析了除尘系统的不同安装方案对除尘效果的影响;综合考虑现场除尘效果与劳动强度,明确了湿式旋流除尘器最佳安装方案以及负压风筒与控尘装置的最优安装位置。在某矿辅运大巷岩巷掘进面进行了现场应用,结果表明:当负压风筒安装至通风风筒对侧,吸尘口距巷道迎头3 m,控尘装置位于通风风筒压风口后方5 m时,迎头高浓度粉尘在通风风筒压风、控尘装置控风及除尘器抽尘共同作用下被控制在迎头附近,并不断向负压风筒吸尘口运移最终被除尘器抽入净化,除尘器前方全尘和呼尘除尘效率分别达到95.9%和94.9%以上,除尘器后方全尘和呼尘除尘效率分别达到96.5%和95.4%以上,显著提升了巷道可见度,有效解决了岩巷掘进面通风造成的粉尘治理难题。     

综掘工作面长压短抽通风系统风筒合理位置研究

为提高长压短抽式通风系统的除尘效率,以某煤矿I020908工作面为研究背景,结合实际巷道内粉尘分布情况,对不同风筒位置的粉尘分布进行数值模拟。分析结果表明,当压风筒距掘进面距离为22.5 m和抽风筒距掘进面距离为4 m时,巷道内涡流区面积最小,粉尘扩散速度较快,通风除尘效果最佳,风筒布置位置最为合理。     

工作面通风系统数值模拟及其设计

为解决朔州常村煤矿4011综采工作面复杂地质条件不适合继续采用长壁开采的问题,结合该矿地质条件及目前巷道布置情况,对原4011工作面进行短壁工作面布置与通风系统设计;为加强巷道掘进通风管理,对局部通风系统流场数值模拟,Fluent数值模拟结果表明:射流从风筒中射出后,可以分为射流区、回流区、涡流区;风筒出口正下方区域有一部分风速较低区域,在通风管理时应加强管理。     

工作面通风系统设计及流场数值模拟研究

常村煤矿4011综采工作面地质条件复杂,不适合继续实行长壁开采。对此,结合该矿地质条件及巷道布置情况,将4011工作面进行短壁工作面布置与通风系统设计。为加强巷道掘进通风管理,对局部通风系统流场数值模拟,Fluent数值模拟结果表明:射流从风筒中射出后,可以分为射流区、回流区、涡流区;风筒出口正下方有一部分风速较低区域,在通风管理时应加强管理。