矿井大断面巷道风速分布规律及风量监测研究

人工测风方法难以实现大断面巷道的全断面测试,测试误差大。通过研究大断面巷道风速分布规律及风速测试原理,采用“多点网格测风法”和传统人工测试法进行现场实测,并通过FLUENT软件模拟与现场测量结果对比,验证了平均风速分布稳定区选取的合理性。现场实验表明,大断面拱形巷道传统人工测法测定值偏低,建立校准系数为1.15。FLUENT软件模拟结果表明,随着断面面积的增大,测风员的面积对风速测定值影响越来越小。     

巷道断面测定仪的研制

把曲边扇形的极坐标积分求解扇形面积和弧长的原理运用在巷道断面积和周长的测量上。采用ARM和单片机及激光探头等主要部件,研制了巷道断面测定仪。巷道断面测定仪能够实现断面的面积和周长的自动测量,通过模拟巷道断面的测试,巷道断面测定仪的误差小、精度高、测量方便,能为巷道断面及地下工程提供高效便捷的测量。     

巷道风量全自动在线测试装置研制与应用

为了实现巷道风量在线准确测试,以王坡煤矿上寺头北翼回风巷和辅运大巷为研究对象,采用CFD方法模拟了矩形巷道和半圆拱巷道断面风速结构场;对比不同巷道风量条件下巷道断面平均风速分布区域,巷道风量大小对巷道断面内平均风速分布区域无影响;进一步获得巷道断面无因次风速结构场,为巷道断面平均风速分布区域内布置多个风速采集点准确求取巷道平均风速奠定了理论基础;以巷道断面无因次风速结构场为基础,根据巷道断面平均风速分布区域确定巷道平均风速数据采集点位置,构建了巷道断面平均风速九点采集法,准确获得巷道平均风速的同时能够检验风速传感器是否存在数据失真问题;结合巷道断面平均风速九点采集法,设计了分别适用于矩形巷道、拱形巷道的龙门式和折叠式巷道风量全自动在线测试装置,根据巷道平均风速数据采集点位置定制设计测试装置结构尺寸与风速传感器运动轨迹。在王坡煤矿10个测风站位置部署了巷道风量全自动在线测试装置,人工测风数据和装置测风数据之间相对误差小于8%,研究表明巷道风量全自动在线测试装置的测风精度能够满足矿井通风要求,同时能够实现矿井多个巷道风量同步在线测试。     

巷道断面积对井下测风站位置影响的数值模拟研究

文章设置了不同巷道断面的巷道模型,模拟了风流流动,对不同位置的断面速度分布进行了分析,研究了巷道断面积对煤矿井下测风站位置设置的影响。数值模拟结果表明:巷道断面越大,在巷道转弯处,风流发生紊乱后,越不易达到稳定流动,巷道断面的水平方向比竖直方向更难达到稳定流动,且进口方向对出口方向影响更大,使出口方向达到稳定流动的距离更远。在确定的模型下,经最小二乘法拟合,测风站位置与巷道断面积满足线性关系:y=a+bx。     

巷道断面积对井下测风站位置的影响的数值模拟研究

 巷道拐弯会引起井下风流的扰动,造成风流的不稳定流动,而测风站要设置到风流稳定区域内才能有效监测风流的变化。本文设置了不同大小的巷道断面的巷道模型,模拟了风流流动,对不同位置的断面速度分布进行了分析,研究了巷道断面积对煤矿井下测风站位置设置的影响。数值模拟结果表明：巷道断面越大,在巷道转弯处,风流发生紊乱后,越不易达到稳定流动,巷道断面的水平方向比竖直方向更难达到稳定流动,且进口方向对出口方向影响更大,使出口方向达到稳定流动的距离更远。在确定的模型下,经最小二乘法拟合,测风站位置与巷道断面积满足线性关系：y=a+bx。     

真空泵测试系统不确定度评定

为了确定淄博市机电泵类产品质量检验研究院真空泵测试系统的测量精度,需要对真空泵测试系统的不确定度进行评定。选择成熟型号为2BV-2060的水环真空泵进行试验,分别在孔板阀门全开、400 h Pa气量点和极限真空3种工况点下进行试验数据采集,每种工况点下各采集13组数据。依据不确定度计算方法,在Excel中分别对3种工况点下的气量、进气压力、转速和输入功率的不确定度进行计算。通过计算得知,以上4个测量量的不确定度均在标准规定的范围内。该评定方法为其他泵测试系统不确定度的评定提供了理论依据。     

矿用液压元件测试系统中数据采集卡的校准方法

为提高矿用液压元件测试系统的测试精度,阐述了对数据采集卡进行校准的必要性,分析了测试系统结构及数据采集原理,针对测试系统中使用的USB4711A数据采集卡进行了内部自校准及外部校准方法的研究,并对校准后的数据采集卡进行测量不确定度的评定,经验证,校准后的数据采集卡具有较小的测量不确定度,提高了矿用液压元件测试系统的测试精度。     

巷道埋深对大断面巷道围岩变形及应力分布规律影响

针对断面大巷道难以支护、巷道变形严重等特点,采用三轴压缩试验和巴西劈裂试验对巷道围岩力学参数进行测试,利用数值模拟分析了大断面巷道围岩变形及应力分布规律。研究得出,随着巷道埋深的增加,巷道垂直位移越来越大、垂直应力集中系数逐渐减小、垂直应力逐渐向深部延伸、巷道底板泥岩出现软岩的性质,巷道围岩破坏深度和破坏面积也逐渐增加。     

巷道尺寸对围岩稳定性影响规律的数值模拟分析

为分析巷道断面尺寸的变化对围岩稳定性的影响,基于Mohr-Coulomb准则,采用CDEM数值模拟软件,建立相同地质条件下的5个不同断面面积的直墙半圆拱巷道模型,分析巷道宽度与高度变化对围岩位移、塑性区、应力场分布的影响,揭示围岩稳定性的断面尺寸效应,为矿井巷道合理断面尺寸的确定提供借鉴。     

埋深对巷道围岩松动圈的影响研究

在工程实践过程中,由于不同深度的巷道变形特性不同,难以确定巷道的支护形式和注浆深度,将造成巷道的严重变形。针对已知矿井深度,如何确定注浆深度这一难题,利用现场测试和数值模拟方法研究了不同深度条件下的松动圈演化规律。研究结果表明:随着埋深的增加,松动圈分布大致成"蝴蝶形"分布,且巷道设计时断面越"圆滑",其松动圈的范围就越小,相对于具有尖锐角度的巷道具有更好的稳定性。随着埋深的增加,巷道松动圈的范围逐渐增加,且增加的速度越来越快,并且松动圈与埋深之间满足y=a·e^bx的指数关系。根据玉溪煤矿的实际情况(埋深660 m),经现场测试和数值模拟得到断面积20 m²,断面形状为拱形的中央辅助运输大巷(岩巷)围岩松动圈的范围为2.7～2.9 m。研究结果对于确定相同地质条件下的矿井巷道形状,注浆深度和支护形式具有重要指导意义。