综掘面径向分风与压风配比对风幕阻尘的影响

为明确附壁风筒径向分风与巷道压风配比对风幕阻尘的影响,建立了三交河煤矿2-5082综掘面等比例物理模型,并运用FLUENT软件对压风量Q为350~600m~3/min、附壁风筒径向分风量与压风量配比B为50%~90%条件下的风流运移及粉尘扩散情况进行数值模拟分析.结果表明,综掘面Q的降低以及B的增加有利于在迎头范围内形成阻尘风幕,迎头风流场阻尘能力亦随之增强.对于2-508_2综掘面及与其生产条件相似的综掘面而言,当Q为350~400m~3/min,B为80%~90%及Q为450m~3/min,B为90%时能够在综掘司机前部断面空间形成有效阻尘风幕,其中,Q为350m~3/min、B为90%时风幕阻尘效果最佳.将数值模拟结果在2-5082综掘面进行工程应用,实测结果表明数值模拟结论较为准确,附壁风筒形成的阻尘风幕能够将50mg/m~3以上的高浓度粉尘阻控在距迎头10m以内的巷道空间内,有效改善了综掘区域作业环境.     

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.     

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.     

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.     

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 ...     

气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析

为提高气水喷嘴在煤矿井下高浓度粉尘作业场所的喷雾降尘效率,通过实验研究了气水喷嘴的雾化特性参数,得出了雾滴平均直径与气、水流量的变化规律;以煤矿综掘工作面气水喷雾降尘过程为研究对象,建立了相应的数学模型,推导出了气水喷嘴降尘效率的关系式,采用Matlab软件绘制了降尘效率曲线.研究表明:水流量一定时,气体流量越大降尘效率越大;气体流量一定时,降尘效率随水流量的增大先增大后减小;粉尘粒径越大,喷雾雾滴有效作用距离越长,粉尘越容易被沉降;要使气水喷嘴的降尘效率达到80%以上,气体流量必须大于150×10~(-5)m~3/s,最佳的气水流量比范围为100~150.依据工作面粉尘的粒径分布和降尘效率要求,参照相关曲线选择最佳的气水流量,可以达到更好的降尘效果和经济效益.     

抽出式通风掘进工作面巷道风速分布实验研究

为了分析煤矿井下抽出式通风掘进工作面巷道内风速的分布情况,在实验模拟巷道建立抽出式通风系统,对沿巷道轴向和径向的风速分布规律进行研究。实验结果表明:沿巷道径向方向上,风筒入风口所在的巷道断面上风速分布差异最大,离风筒入风口越近风速越高;在巷道轴向方向上,风筒入风口所在位置的巷道断面速度分布均匀系数最小,风速分布最不均匀,风筒入风口后方风速分布均匀系数大于风筒入风口前方,风筒入风口后方风速分布比较平稳;通过模拟掘进机产尘,粉尘主要集中在风筒入风口附近及以内区域,风筒入风口1m以外巷道空间处于新鲜风流中。     

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。     

不同煤厚综放工作面合理放煤工艺数值模拟研究

同忻煤矿8202综放工作面顶煤回收率较低,为提高煤炭资源采出率,利用CDEM建立沿工作面倾向的数值模型,模拟研究综放工作面顶煤厚度分别为4.0,8.0,12.0 m时不同放煤工艺的放煤过程,分析煤矸分界面和顶煤回收率的变化规律,优化不同顶煤厚度条件下放煤工艺参数。结果表明,顶煤一次放出的厚度越大,各放煤口放煤量差异越大,放煤过程中煤矸互层越严重,煤矸分界面越混乱,顶煤回收率越低。对比可知,8202综放工作面采用三轮顺序放煤工艺时顶煤回收率最高。     

机掘煤巷混合式通风方式的模型试验研究

本文通过分析比较各种掘进通风方式的特点,指出它们的使用范围和存在问题;从有限射流基本规律出发,分析计算了长抽短压通风方式风量恰配比,并经试验进行了修正;分析试验了长抽短压方式中短压辅助效果与压入距离的关系;提出并验证了降低长压短抽通风方式粉尘污染的方法。     

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.     

综放沿空小断面留巷技术研究

随着开采强度的增加，综放工作面的瓦斯超限问题日益突出．以王庄煤矿5201综放面为例，提出采用综放沿空小断面留巷技术，布置J型通风系统，治理综放工作面瓦斯超限．由关键块的分析和数值模拟结果，确定了综放沿空小断面留巷的断面形状，给出了斜梁的合理支护设计．矿压观测结果表明，留巷小断面变形以及留巷煤帮深部位移有较好的收敛性，能够满足工作面抽放瓦斯的需要．     

新庄铜铅锌矿含水层下防水矿柱留设计算分析

为研究渗流场和应力场共同作用下防水矿柱宽度合理留设问题,结合新庄铜铅锌矿17A号勘探线的实际地质条件,运用数值模拟计算软件FLAC~(3D),研究了初始渗流场的孔隙水压力和渗流速度矢量分布特征,计算了矿体回采充填过程中7个工作面的涌水量,并模拟了工作面顶板的导水裂隙带分布情况,与经验公式算得的防水矿柱高度进行比较.模拟结果表明,工作面与含水层的距离越小,渗流速度越大,涌水量越大,导水裂隙带范围越大,突水的危险也就越大;从渗流场涌水量和应力场导水裂隙带两方面来综合衡量,防水矿柱留设的高度取为40m,相比经验公式的结果提高了矿体利用率.     

电焊烟尘的扩散规律研究

电焊烟尘具有粒径小、危害大及难处理等特点.文章利用Gambit软件和Fluent软件模拟风速、焊点间距和垂直距离等影响电焊烟尘的扩散的因素,得到电焊烟尘的扩散特性:在同一截面时,间距越大,烟尘浓度越低,烟尘浓度下降得越快;在同一间距时,发尘源垂直方向的高度不同,电焊烟尘的浓度不同,烟尘浓度都是经历先增后减的过程.依据电焊烟尘的扩散规律,提出了对车间进行置换通风的控制措施,运用旋风气幕式排风罩,对烟尘进行处理,使电焊工作环境得以明显改善.     

节理岩体巷道顶板预应力锚杆加固作用研究

为了深入探讨预应力锚杆对节理岩体巷道顶板的加固机理和作用,采用ANSYS数值模拟软件,研究了不同节理位置和节理倾角等节理特征下,预应力锚杆支护前后节理面及巷道稳定性变化规律.结果表明：位于巷道顶板中央附近的小角度节理,是影响巷道稳定性的主要因素.预应力锚杆支护可以将节理面压应力提高2-3 MPa,顶板表面处压应力增大3-4 MPa,消除了垂向拉应力,顶板应力松弛区内的压应力提高了约2 MPa.角度越小,越靠近巷道中央,锚杆支护后的节理面压应力及松弛区内压应力的增加率越大,预应力锚杆支护作用越明显.与锚杆不穿节理相比,穿过节理的预应力锚杆支护效果更显著.     

炼铁厂高温烟气流场特性及排风罩优化

钢铁企业炼铁厂在生产过程中产生大量高温烟气,但由于受到工艺条件限制无法设置理想的热源上部接受罩,热羽流作用造成排风罩顶部容易产生粉尘逃逸。基于炼铁厂粉尘组成成分和粒径分布的测试结果,采用数值分析的方法研究高温条件下气固两相流动,建立了适用于高温含尘烟气分析的数值模型,确定了数值模拟关键边界条件。研究发现罩内抽风口汇流场速度衰减快而热羽流作用强烈,提出排风罩内的压力分布控制方法及影响高温粉尘逃逸的关键因素。通过排风罩内热羽流及通风气流耦合作用下的流场分析,阐明抽风口在侧面布置的排风罩的优化设计方法及工程实践效果。     

侧壁式气垫船峰值减阻数值研究

针对侧壁式气垫船在越峰过程中阻力峰值过大的问题,本文基于N-S方程,采用以多面体为核心的体网格形式,计算了其在静水中的阻力值,验证了数值计算在阻力峰值处的精确度。借助气幕减阻思想,利用一层高压高速的均匀气幕来代替传统的艏部气封装置,研究了侧壁式气垫船在气幕下的密封性能。在此基础上,数值计算了侧壁式气垫船在约束型气幕及非约束型气幕下,指端距离基线高度、喷口位置、喷口角度等气幕参数对减阻率的影响。结果表明:气幕参数的变化对减阻率影响较大,减阻率在气流量为180 m3/h时达到峰值,而最高减阻率可达到了35%;艏封采用合理的气幕形式可有效的降低侧壁式气垫船的阻力峰值。     

一面四巷高位瓦斯抽采及浮煤自燃耦合研究

以15101综放面为背景,研究了"一面四巷"布置方式下的高抽巷负压对卸压瓦斯抽采和采空区自燃相互耦合关系的影响.通过建立理论模型,测定现场的边界条件及有关数值模拟参数的设定,进行了大量的数值模拟.结果表明高抽巷负压的增大可以大幅度提高瓦斯抽采率,并且使尾巷瓦斯浓度大幅降低.高抽巷负压的变化对自燃三带的影响较小,但在高抽巷及内错的作用下,采空区漏风量大大增加,则采空区自然发火危险性也大大增加.根据尾巷的瓦斯浓度上限为2.5%,确定15101工作面高抽巷最佳负压为2.486kPa.