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。     

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。     

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。     

独头巷道附壁射流通风流场数值模拟研究

基于流体动力学和射流理论，建立了独头巷道压入式受限附壁射流通风的紊流κ-ε数学模型，分析了计算边界条件，并结合实际应用Phoenics3．4计算流体动力学软件模拟了独头巷道射流通风三维流场，得出了独头巷道有限空间受限附壁射流通风典型截面的流场规律．模拟计算结果表明，独头巷道压入式通风流场可分为附壁射流区、冲击射流附壁区、回流区和涡流区．数值模拟与实验结果相符，为研究独头巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础．     

掘进工作面射流通风流场研究

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间的受限贴附射流通风． 根据流体力学和射流理论, 分析了掘进通风射流产生过程及掘进工作面压入式通风风流结构． 风流从圆形风筒射入掘进工作面形成射流区和回流区． 给出了回流区平均速度、最大回流速度及射流作用距离的计算模型, 为掘进工作面合理有效通风提供了新的理论依据．     

煤矿掘进巷道风筒附壁距离对风流场的影响

以柠条塔矿s1200-Ⅲ掘进工作面为对象,利用流体力学FLUENT软件建立有限元模型,并对风筒不同附壁距离进行模拟分析和现场实测验证。由模拟可知:风筒附壁距离对受限贴附紊动射流起始段影响程度较小,对主体段影响程度较大,对速度变化幅度影响也较大,通过调整附壁距离可以调整风流速度;同时对巷道内涡流也有一定影响,随着附壁距离逐渐增大,巷道内涡流区域逐渐减少,当增加到一定值后,随着附壁距离增加,巷道内涡流区域反而逐渐增加。     

长岭一号井综掘工作面控除尘技术

通过分析,将风流在风筒出口至综掘工作面区域分为射流区、回流区及涡流区,结合长岭一号井152101轨道巷综掘面产尘特性及粉尘防治的现状,设计采用附壁风筒控尘与除尘器抽尘净化相结合的综合降尘工艺,使综掘面生产时总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到90%及80%以上,综掘面的作业环境得以大大改善,保障了职工的身体健康和矿井的施工安全。     

大断面施工隧道风流分布规律实验研究

针对当前公路隧道钻爆法施工粉尘浓度高的问题,以京昆高速公路辛庄隧道为例,设计了现场风流的测定的方案,并对工作面附近风流情况进行了现场测定分析。结果表明:隧道内风流速度以风筒出口为界,分为射流扩张区、射流收缩区、涡流区、回流区4个部分;靠近掌子面附近的同一断面上:风速呈现出近似"中间小、两边大"的形式,但左右两边方向相反。研究结果对隧道施工通风除尘具有一定的指导意义。     

二次实心旋转水气射流驱散积聚瓦斯的理论与试验

为更有效治理工作面上隅角瓦斯积聚,分析了一次旋转水气射流通风器工作原理、二次实心旋转射流通风特性和二次实心旋转水气射流通风治理工作面上隅角瓦斯作用原理,采取高压二次实心旋转水气射流通风来驱散工作面上隅角积聚的瓦斯.工业性试验结果表明,高压二次实心旋转水气射流通风无机械旋转部件,风流作用面积大、紊动性强、掺混能力强,比直流送风或主风流扩散通风有更好的驱散上隅角瓦斯效果.     

压入式掘进巷道风流粉尘运移规律及最佳压风量研究

掌握巷道内风流场局部特征和粉尘运移规律是解决巷道粉尘严重污染问题的理论前提。本文运用数值模拟与现场实测相结合的方法,利用FLUENT数值模拟软件对掘进巷道单压入式通风条件下的风流流场分布及粉尘运移规律进行了研究,并通过改变压风量得到了通风控尘效果最佳压风量;最后,通过现场实测验证了模拟结果的准确性。结果表明：掘进巷道在单压入式通风条件下,风流场可分为射流区、涡流区、回流区3个区域,其中风流速度变化在流场中主要呈现为射流区风速衰减较快,涡流区风速较小,回流区风速衰减较慢;粉尘运移过程中受风流影响较大,回流侧的粉尘质量浓度高于风筒侧,质量浓度超过350 mg/m³的粉尘主要集中在掘进机前方、涡流区域及回流侧;提高风筒压风量在一定程度上可以提高通风控尘的效果,但压风量过大会造成巷道内二次扬尘,当压风量为1 400 m³/min时,控尘效果最佳。     

气动旋转射流风幕风速空间分布与控尘性能研究

摘要：为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布规律和控尘性能。研究结果表明：射流风速20-30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布规律随射流风速的增大逐渐提高且风幕形成度越好,同时形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较高的衰减率规律,相似实验与数值模拟具有较好的相似度;最佳控尘射流风速为30m/s,测点1全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点2分别降至121.4mg/m3和30.3 mg/m3,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

综掘工作面不同截割方式下的最佳风场调控规则

针对目前综掘工作面局部通风方式下,出风口风流状态不能根据实际通风需求进行动态变化,造成巷道内粉尘与瓦斯聚集严重问题,通过最佳风场调控规则分析,以求有效降低粉尘质量浓度和瓦斯体积分数。采用正交试验及流场模拟实验方法分析不同截割方式下风流参数变化对风速、瓦斯及粉尘场分布影响规律,获取大量样本数据,建立风场调控参数与风速、瓦斯及粉尘质量浓度关联关系的初始化决策信息系统,并对其进行K-means算法离散化合并规约处理,建立离散化决策信息系统。基于粒计算和Matlab软件编写了风场调控规则获取的智能算法和参数化程序。利用风场调控规则获取方法和参数化程序分析并建立了陕西神木柠条塔矿S1212胶运巷道综掘工作面的最佳风场调控规则,并利用自主研制的风流调控装置进行了井下测试验证。结果表明:经使用最佳风场调控规则后,巷道内风速在0.25～4.00 m/s及死角区域瓦斯体积分数低于1%的前提下,出风口距掘进工作面最近距离5 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低43%,司机处粉尘质量浓度最高降低38%;出风口距掘进工作面最远距离10 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低15%,司机处粉尘质量浓度最高降低37%。     

内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响

逆喷旋流燃烧器是一种同时将逆向射流稳燃技术和旋流稳燃技术耦合的适用于烟煤的低氮燃烧器,具有良好的节能减排效果,但是,目前该燃烧器的稳燃机理研究不深入限制了其进一步推广应用。其中内外二次风量比、逆向一次风率、旋流强度等是影响逆喷旋流燃烧器基本性能的关键因素。为了探究不同内外二次风量比对该燃烧器流场特性和燃烧特性的影响,通过等温模化原理,建立与原14 MW逆喷旋流燃烧器比例为1∶2的燃烧器模型,使用飘带网格方法测量了耦合回流区边界,使用Dantec Multichannel热线风速仪测量了平均速度分布和RMS(Root-Mean-Square)速度分布,根据耦合回流区边界和平均速度计算得出相对回流率,然后在燃用神府东胜烟煤的14MW逆喷旋流燃烧器上使用Testo 340烟气分析仪测量了预燃锥内沿程气体中NOx质量浓度和O2体积分数分布。试验结果表明:随着内外二次风量比增加,耦合回流区的面积增大,长度不变,最大直径从0.67 D增加到0.87 D,相对回流率峰值从0.83增加到1.23,测量截面b的O2体积分数增大,靠近预燃锥壁面附近NOx质量浓度降低;在0.3≤X/D≤0.8的耦合回流区内...     

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。     

掘进工作面冲击射流换热特性

针对高温矿井掘进工作面的通风和换热特点,运用量纲分析法,得出掘进工作面射流冲击换热系数的关联式,结果表明,射流冲击换热无量纲Nu与Re、巷道特征直径D、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H有关。采用ANSYS软件对特定巷道的不同风流雷诺数Re、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H的216种组合方式下的换热情况进行了模拟。模拟结果回归分析表明：当D/d为5.60时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合Lorentzian模型;当D/d为4.20和3.36时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合抛物面模型,相关系数R2 分别为0.882 2,0.699 0和0.875 4。     

半自由状态下的风幕集尘风机的短路流场及应用

为解决煤矿生产中粉尘的严重危害,研制了一种新型通风机－－风幕集尘风机。介绍了其构造及在煤矿中的应用,提出了短路流场理论。半自由状态下的短路流场是平行平面流、环形紊流射流及汇流叠加而成。通过流场叠加原理,建立了流场数学模型,为煤矿综掘及相关的粉尘治理工程增加了一项新的技术与新型产品。     

机掘工作面旋转屏蔽射流通风流场特性数值分析

为了改善机掘工作面作业环境,满足生产安全的要求,根据现场实际情况,建立了掘进工作巷道风流流场数学模型,利用Fluent软件对旋转屏蔽射流通风流场特性进行了初步的数值模拟研究,从速度矢量和压力流场方面分析了不同喷射倾角和吹吸流量比对风流流场的影响,研究结果表明,当倾角α=75°,吹吸流量比在β=0.8～1.2范围内,该旋转风流流场控尘效果较好.研究结果能为煤矿掘进工作面通风参数的选择和优化提供理论依据,具有一定的理论研究价值和现场指导意义。