梅山铁矿采场爆破粉尘运移规律数值模拟研究

为探究巷道型采场爆破粉尘排出采场的运移规律,以梅山铁矿-330m水平某巷道型采场为基础,采用数值模拟方法研究爆破粉尘在采场中的运移规律。研究结果表明:采场风速在竖直断面上的分布呈现"两侧高、中间低、进风大于出风,迎头附近几乎无风"的规律。爆破后600s内,粉尘浓度迅速下降。爆破粉尘在水平方向上的扩散明显受风流场影响,采场上部的粉尘扩散速度大于下部的粉尘,下部风流不畅,采场底部的粉尘浓度长时间高于上部粉尘浓度,有时会出现靠近迎头的一隅直至排尘结束仍存在小团粉尘无法排出的情况。由此提出联通巷风速为2m/s、3m/s时最有利于爆破粉尘的排出,增加附壁风筒可避免粉尘在迎头处沉积。     

基于数值模拟对李楼铁矿破碎硐室粉尘治理的研究

根据李楼铁矿1~#、2~#破碎站所属硐室的实际布置方式,运用数值模拟对实际风流规律进行模拟分析,得出冲击风流随风筒压入破碎硐室内后速度略有增加,随后降低,在硐室空间内形成涡流。涡流内风速较小,保持在0.25 m/s以下。     

高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染，提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力，推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型，根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面，高浓度粉尘污染效应，并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明：海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变，粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关，竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布，且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区，涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速，隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“?字型”运移，隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降，小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧...     

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。     

综采工作面粉尘浓度分布及运动规律数值模拟

针对煤矿井下综采工作面粉尘产量大、浓度高且降尘困难的特点,结合气固两相流理论,运用FLUENT数值模拟软件,对井下综采工作面风流分布和粉尘浓度运移规律进行模拟研究。研究发现:风流在采煤机滚筒处发生绕流,流速达到最大值4 m/s,在采煤机后方15 m处风速趋于平稳,采煤机机道的风流流速大于人行道风流流速;粉尘浓度在采煤机处达到最大值3 900 mg/m3,采煤机机道粉尘浓度高于人行道粉尘浓度。风流分布与粉尘浓度分布一致。     

破碎硐室粉尘浓度空间分布规律的数值模拟

为了掌握破碎硐室内粉尘浓度的空间分布规律,获取通风除尘设计的合理参数,以西石门铁矿提升车间系统27号破碎硐室为研究背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型（DPM）对破碎硐室粉尘浓度进行数值模拟,并与现场实测的粉尘浓度分布情况进行对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究结果表明：硐室空间内破碎机及给矿机附近区域粉尘浓度较大,并以破碎机及给矿机为中心径向逐步降低;捕捉壁面条件下粉尘浓度较之反弹壁面要低;当27/40斜坡道进风,且风速为1 m/s时,硐室空间内粉尘沉降效果较好;安装抽风除尘系统除尘率能达到90%以上,硐室大部分空间粉尘浓度保持在2 mg/m 3以内。     

某铅锌矿巷道型采场粉尘扩散特性研究

为了掌握局部通风的长抽长压式巷道型采场在凿岩作业时粉尘颗粒扩散特性研究,获取合理的通风除尘参数,以某铅锌矿巷道型采场为研究背景,依据相似理论基本原理,建立巷道型采场相似实验模型。对采场模型及现场进行风流特性试验,研究了不同工况点下采场风流变化特性;不同风速下采场模型粉尘浓度及分散度试验;分析不同工况点对粉尘浓度及分散度影响程度。结果表明：采场流场在不同风速下,当粉尘颗粒从模型工作面位置进入采场模型后,发现粉尘颗粒粒径大小位移距离会发生明显变化,当工况点风速为0.75 m/s时,工作面粉尘浓度最高为76.4 mg/m3,大部分粉尘颗粒粒径小于10 um,粉尘平均分散度为66.29%,粉尘粒径分散度主要集中在小于2 um,与现场实测结果吻合,说明此工况粉尘颗粒沉降效果最佳。     

抽出式通风风流运动及粉尘运移规律数值模拟研究

为直观地了解抽出式通风风流运动规律,建立物理模型,设置边界条件对抽出式通风条件下巷道风流运动及粉尘运移规律进行了数值模拟,分别研究了X,Y,Z方向的速度、压力分布规律和不同粒径粉尘运移轨迹,结果表明:巷道内风速0.54m/s,较为稳定,风筒内风速较大,为23m/s左右,这与实际情况非常吻合,在截面X=5.2m处巷道内的风流方向朝向掘进头,风筒内的风流方向则由风筒入口朝向出口。巷道内的风速在整个模拟区段内几乎保持恒定,没有较大变化,而风筒内的风速则变化较大,在入口处最大,达40m/s,之后逐渐减小,然后稳定在23m/s左右。整个巷道均为正压,风筒内是负压,在这两股压力的共同作用下形成稳定的通风风流,风筒入口处负压最大,而后负压逐渐减小,但很快就维持在比较稳定的状态。抽出式通风时粉尘扩散较少,掘进面产生的粉尘全部都被吸入负压风筒,抽出式通风时更有利于控制巷道中特别是司机位的粉尘含量,保护司机等掘进机周围工人的身体健康。     

全矿反风风速对硐室火灾烟气影响的数值模拟

为探究全矿反风风速对硐室火灾烟气蔓延的影响,利用FDS火灾数值模拟软件构建矿井巷道三维模型,模拟全矿反风风速为1.0、1.5、2.0、2.5 m/s条件下的火灾场景,分析不同反风风速下硐室左右两侧烟气浓度和巷道内能见度的变化情况.研究结果表明:当全矿反风风速为1.0 m/s时,巷道进风侧风流紊乱,烟气出现明显回流现象;...     

煤尘运移中气-粒两相流动的CFD数值模拟

在煤矿喷雾降尘中,把握煤尘运移的规律对提高煤矿降尘效率有着重要的作用。应用FLUENT软件,对不同风速下的模拟巷道内煤尘运移情况进行了数值模拟,得出粉尘浓度和粒径的分布情况,并对相应情况进行现场测试。结果表明:煤尘在产生后,运移主要发生在煤壁附近,浓度较高,大粒径粉尘沉降明显;随着风流的推移,小粒径粉尘沿工作断面向外扩散加剧,煤尘浓度沿工作面向外逐渐降低。     

超长巷道炮掘时粉尘分布规律研究

为确定长距离爆破掘进工作面粉尘运移规律,以指导防尘系统设计,依托某矿1100掘进工作面,建立1∶1几何模型进行CFD模拟,测算空气流场和粉尘运动边界条件。根据湍流模型适用性和空气流场分布特征,优选RNG k-ε湍流模型模拟1100掘进工作面空气流场,算得空间内粉尘体积分数小于10 %,因此选用离散相模型模拟爆破空间粉尘非稳态运动。最终获得距掘进面60 m范围内粉尘扩散、粒径沉降和浓度时间变化规律：粉尘浓度沿垂向分布有明显分界,浓度随垂高在0.5~4 m递增而降低,粉尘浓度沿纵向先升高而后降低;粒径为10 μm以下粉尘均匀分布于空间,沉降量沿纵向呈“减少-增高-减少-增高”趋势,10~200 μm粉尘则呈“减少-增高-减少”趋势,15~200 μm粉尘几乎完全沉降;爆破后5 min内粉尘浓度急剧下降,5~50 min粉尘浓度下降缓慢,高浓度区长时间停留在距工作面40 m之内,不沿巷道运移;距工作面10~20 m形成的空气涡流区是影响粉尘扩散、沉降和浓度变化的重要因素。爆破期间在距工作面20,25 m处,分别采用AKFC-92A采样器和CCHZ-1000全自动粉尘测量仪监测粉尘浓度,实测值与模拟值基本相符,模拟结果可靠。     

露天台阶爆破粉尘的爆炸水雾场拦截降尘技术研究

露天台阶爆破粉尘具有瞬时性、浓度高和扩散快等特点,危害采场作业人员身体健康,增加机械设备进风系统损耗,并污染周边大气环境。由于爆破飞石和冲击波等危害使人员、设备无法靠近爆区污染源,导致传统洒水降尘措施无法同步实施。采用数值模拟与现场试验相结合的方法研究爆炸水雾降尘,结合白云鄂博铁矿实际情况,建立了露天台阶爆破三维流场模型,分析了爆炸水雾场及爆破粉尘生成的技术特性。依据爆炸水雾场和爆破粉尘模拟结果,提出了爆炸水雾场拦截降尘的技术方案,确定了水袋在台阶坡面前16~21 m的合理布置范围,得到了爆破粉尘横向动态运移轨迹和时间之间的函数关系,确定了水袋合理激发延期时间,即Δt=t-1.21。利用SPSS软件对水雾定型试验结果进行了极差分析,确定了水袋规格和爆炸荷载优化组合。试验显示,爆炸水雾场生成空间尺度达18 m×8.7 m,水雾至最大空间尺度用时1.2 s。现场爆破降尘试验结果表明：在台阶坡面前18.5 m位置铺设水袋,设置其激发合理延时1 100 ms,测得距爆区50、100 m处粉尘浓度分别降低了43.6%、40.9%,实现了爆炸水雾场与爆破作业的同步实施,降尘效果显著。     

地下金属矿山矿房直接降尘技术

根据地下金属矿山矿房爆破后出矿时粉尘浓度大、持续时间长的特点,通过分析现阶段喷雾降尘方法存在缺点和不足的原因,提出利用高压降尘喷枪将降尘水直接作用于产尘源,从粉尘产生的源头上降低爆破后和出矿时的粉尘浓度。根据这一思路,设计制作了适用于地下金属矿山的降尘喷枪,通过传粉尘浓度感器控制降尘喷枪的开启,使降尘过程实现自动化。目前该技术已经在会宝岭铁矿现场进行了应用,较常规水幕降尘方法,可将爆破后等待炮烟时间缩短60%以上,可降低出矿巷道内粉尘浓度75%以上,降低上水平回风巷道内粉尘浓度60%以上。     

露天爆破炮烟和粉尘初期性状模拟及防治技术研究

爆破烟尘是露天开采难治理的重要污染源,受爆破飞石、冲击波等有害效应影响,炮烟和粉尘蘑菇尘云的初始浓度和性状难以进行源头直接测试,致使针对爆破炮烟和粉尘的治理技术欠缺、方案设计和关键技术参数确定无据可依。本文针对露天(矿)爆破蘑菇烟尘的瞬时生成、高速强扩散特性,建立露天台阶深孔爆破粉尘生成模型,用数值模拟技术研究爆破破岩和抛掷堆积过程中爆破烟尘生成、扩展的初期特性,对台阶爆破烟尘进行了高速DIC技术现场测试,将DIC试验获得的实际烟尘云扩散结果与数值模拟成果进行对比研究,发现烟尘数值模拟研究成果与现场实测结果高度吻合,确定了露天在爆破烟尘生成、扩散初期进行爆区源头环保治理的技术方案。研发了与露天台阶深孔爆破匹配的爆炸水雾场生成技术,为露天爆破炮烟和粉尘的源头治理提供了技术支撑。在白云铁矿露天深孔爆破炮烟和粉尘的爆炸水雾降尘试验中取得了粉尘浓度降低40%以上的显著降尘效果。     

露天深孔爆破自由面前水袋爆炸降尘关键参数研究

本文采用ANSYS Fluent数值软件与现场实验相结合的方法研究了水袋降尘原理,重点分析了水袋起爆时差与间隔距离对降尘效果的影响。结果表明:第一排水袋起爆与深孔爆破时差在1~1.5 s时,爆破水雾浓度较大且扩散范围最广,能够与爆破产生的粉尘云充分接触;第一排与第二排水袋起爆时差在0.5~1.0 s时,水袋沿途降尘效果较优;两水袋间隔距离在10~15 m时,爆破雾化的覆盖面积大,爆破后粉尘的捕捉能力更好。采用水雾捕尘措施后,50 m处落尘量与未采取措施相比增加了27 %,100 m处落尘量增加12 %,150 m处落尘量减少16 %,爆后50 s粉尘浓度降低36 %。水雾与尘粒作用,加速了尘粒的沉降,近区落尘量增加,远处落尘量减小。     

综掘工作面通风除尘系统的数值模拟及应用

为了优化综掘工作面的通风除尘方案,以三元煤矿2305掘进工作面为背景,通过应用气固两相流动理论,建立综掘工作面粉尘运移的数学模型和几何模型,利用数值模拟软件,对无除尘设施和有除尘措施下空间粉尘浓度的分布进行数值模拟,得出2种工况下的风流场的分布情况以及粉尘在该风流场作用下的空间分布和运移情况,并指出抽风除尘装置的吸尘罩应放置在掘进机摇臂右侧位置,为相似矿井综掘工作面粉尘治理提供了依据。     

采场爆破烟尘浓度分布及扩散规律的数值模拟

针对采场爆破作业过程中烟尘浓度高且不易排出的特点,采用现场实测的方法对烟尘浓度进行实际测定,并依据气固两相流理论,运用计算流体力学的Fluent软件对采场爆破烟尘浓度分布及扩散进行数值模拟,通过对比分析,模拟结果与实测数据基本保持一致,极好地验证并完善了现场研究理论。通过研究发现：采场进路内有风流漩涡存在,在断面方向,烟尘浓度以断面中心为圆心径向逐步降低;在轴线方向,烟尘浓度随距工作面距离的增加逐步降低;随着时间的推移,烟尘浓度先迅速上升至最大值,后缓慢降低;联络巷风速为2 m/s时采场内烟尘排出效果达到最佳;此外,还可通过安装局部通风设施加强烟尘的排出效果。     

金属矿山爆破除尘降毒实验研究

以爆破过程除尘降毒为目的,分析了金属矿山爆破尘毒来源,根据实验场所情况,选取水封爆破和喷雾除尘结合使用的方案进行实验。实验结果表明,水封爆破和水雾除尘对于降低粉尘和有毒有害气体浓度具有明显的效果。     

探究喷雾除尘方式及粉尘粒径分布规律的数值模拟研究

为研究喷雾除尘方式及粉尘粒径分布规律,利用CFD模拟分析除尘器内部粉尘颗粒扩散规律,对其降尘效果进行仿真模拟研究。该设备喷雾所利用的水可循环,无需人工持续供水,且箱体底部增加海绵垫吸收雾滴和粉尘,多余的水经由排水口排出,进水口吸入继续循环工作,环保绿色可持续。结果表明:喷射源设置3处,其中喷射源在①(x=0.3,y=0,z=0.8)、②(x=0,y=0,z=0.8)和③(x=-0.3,y=0,z=0.8)位置处时,风流受到一定阻碍作用,使得前中部粉尘较难继续向除尘器后部扩散,进而形成绕流,致使粉尘颗粒的运动轨迹发生较大偏移,除尘器后半段粉尘浓度偏低,约为0.0008kg/m3;对除尘器出口面设置trap捕捉粉尘颗粒,分析粉尘粒径分布,表明除尘器可以有效降低粉尘浓度,达到理想的除尘效果。