多因素作用下某矿巷道型采场CO浓度特性实验与通风优化

针对传统巷道型采场CO浓度特性实验考虑因素过少,分析较为片面的局限性,结合矿山现场,通过相似理论建立巷道型采场物理相似模型,并采用控制变量法进行多因素作用下巷道型采场CO浓度特性实验研究。研究结果表明：不同通风方式、不同风速和不同测点处的CO在采场内浓度特性规律为：采用长抽短压式通风,CO浓度越低;风速增大,CO浓度越低。与掌子面CO产生处的距离增大,CO浓度越低;现场实验和相似实验所得出的CO浓度变化趋势基本一致;认为采用长抽短压式通风,风速为0.75 m/s能有效降低巷道型采场内CO浓度,所得出的通风方案可为同等环境下巷道型采场现场CO通风防治提供参考。     

基于FLUENT的巷道型采场局部通风数值模拟

巷道型采场是矿井常见的工作面,其工作环境通常是粉尘浓度大、有毒有害气体浓度大。局部通风是巷道型采场的主要通风手段。局部通风的好坏将直接影响矿山生产效益、作业人员安全。用FLUENT软件对巷道型采场局部通风进行模拟可以清楚地知道风流的特性以及效果。     

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。     

高原环境下矿井最低排尘风速的数值模拟

为降低高海拔矿井开采过程中的粉尘污染,改善通风除尘效果,减少矿井粉尘对作业人员的危害,依据圆管湍流特征对井巷风流分布规律和粉尘受力情况进行分析,建立了最低排尘风速的理论模型;并根据海拔上升导致的环境参数改变,对排尘风速的变化进行定量分析。根据实测结果,以拉萨市甲玛矿4490分层6号探矿巷为研究背景,采用Soildworks和ANSYS建立掘进工作面通风除尘模型。在风流流场模拟的基础上,对不同海拔高度下各粒径的粉尘运动轨迹进行数值模拟研究。结果表明,粉尘在风流的携带作用下向前扩散,粒径越小,扩散距离越远;当海拔上升环境参数改变后,粉尘颗粒的受力情况发生变化,运动状态也随之改变。在相同风速条件下,当海拔升高后,颗粒沉降速度增大,扩散距离变短,风流中粉尘质量流率下降,特别是呼吸性粉尘;0.25 m/s的风速难以将呼尘全部携带排出工作面,存在二次飞扬的可能,所以高原环境下的排尘风速应随环境参数变化进行调整。因此,为了将作业过程中产生的呼尘排出工作面,对各个海拔高度不同风速下的工作面沿程呼尘质量浓度变化进行分析,得到了不同海拔高度的最低排尘风速。将模拟得到的风速值与理论模型进行比较分析,误差均在...     

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...     

综采工作面风速对粉尘分布规律影响的数值模拟分析

基于综采工作面风流场和颗粒场特点,采用颗粒离散相模型,利用FLUENT软件对高庄煤矿3119综采工作面在不同风速下的粉尘分布进行数值模拟。提出了"综采面高浓度粉尘连续带"的概念,并研究了它在不同风速下的扩散规律,在此基础上确定了综采工作面影响粉尘分布的最优风速。     

经坊煤业3-605综放工作面粉尘分布规律实测研究

为掌握经坊煤业3号煤层综放工作面粉尘分布规律,文章以3-605工作面为例,通过现场风速测量分析工作面风流变化规律,采用滤膜称重法及粉尘分散测试仪对工作面主要工序粉尘分散度进行了测量,并进行降尘措施开启情况下粉尘质量浓度现场实测。研究表明：工作面空间内粒径小于5μm的粉尘占68.03%,采取综合降尘措施后,总体降尘效率在80%以上。研究结果对井下环境质量的进一步改善有重要意义。     

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。     

综掘工作面粉尘扩散与不同粒径粉尘的沉降规律研究

采用理论分析、数值模拟和现场测试等方法,通过建立的煤矿综掘工作面三维数值模型,数值模拟研究了综掘工作面粉尘运移及沿程分布规律,基于滤膜计重法现场测试了综掘工作面的粉尘质量浓度,并从粉尘粒径的角度出发,对现场采集的滤膜粉尘进行了粒度分析。研究结果表明:综掘工作面粉尘主要集中在距工作面端头5 m的区域内,粉尘在风流作用下主要沿回风侧煤壁和掘进机机身之间、掘进机机身与巷道顶板之间向端头后方运移;可将综掘工作面粉尘的沿程沉降划分为急速沉降区、中速沉降区和慢速沉降区;粒径大于50μm的粉尘易在掘进机司机前方沉降;粉尘沉降过程中的"拐点粒径"为40μm,小于"拐点粒径"的粉尘在巷道中不易沉降。     

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。     

湿式振弦除尘风机在综掘工作面的应用

以陕西省铜川市玉华煤矿2410综掘工作面为研究对象,通过现场测量与模拟仿真,研究了单一压入式与压、抽〖DK〗(用湿式振弦除尘风机〖DK〗(简称除尘风机〖DK〗)〖DK〗)组合式两种通风方式下风流场和粉尘场的分布规律和不同工况下〖DK〗(压风口距迎头面距离变化〖DK〗)对除尘效果的影响。依据现场数据建立了综掘面三维几何模型,应用Fluent软件对其不同工况下风流场和粉尘场进行仿真分析,并对比实测数据进行了验证。仿真与实测结果均表明,采用压、抽〖DK〗(用除尘风机〖DK〗)组合式通风方式,由于湿式振弦除尘风机良好的除尘效果,使得迎头面及巷道粉尘浓度显著降低,相较于单一压入式通风方式粉尘浓度降低了60%以上。文中还研究了压、抽〖DK〗(用除尘风机〖DK〗)组合式通风中压风口距迎头面距离的合理区间值。     

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%。     

高海拔矿山掘进面长压短抽式通风粉尘分布数值模拟

为了研究高海拔矿山的粉尘污染难题,以西藏自治区某铜多金属矿为工程背景,通过对比试验的方法确定高海拔矿山粉尘颗粒的主要粒径分布范围;根据气固两相流理论,运用FLUENT软件对长压短抽通风除尘系统的效率、最佳压入风量以及最优抽吸比进行数值模拟,并与现场测试结果对比分析。研究结果表明：长压短抽通风除尘系统在1 200 s时基本排出全部粉尘,压入风量取150 m3/min,抽吸比取0.9最为合适,同时数值模拟结果与现场实际变化规律基本一致,除尘效率达到90%以上,此时巷道内的粉尘质量浓度保持在0.5 mg/m3以内。     

基于Fluent的扁平硐室采场粉尘浓度分布及运移规律研究

基于气固两相流理论及扁平型硐室采场特点,建立粉尘运移模型,运用FLUENT软件中的k-ε双方程模型和离散相模型(DPM)对采场爆破后通风20min内粉尘浓度变化,以及在不同入口风速下粉尘的运动轨迹进行了数值模拟。结果显示粉尘浓度分布受风流流场影响显著,爆破0～50s时间内粉尘受回流作用聚集在硐室左侧隅角及边壁附近,50s之后粉尘开始由主风流带出硐室,60s后开始进入循环净排阶段,在0～70s内粉尘浓度下降最快,70s以后采场内的粉尘主要是呼吸性粉尘,沉降时间较长。对粉尘运移的数值模拟显示,不同入口风速对粉尘的运移影响明显。     

不同吹吸风口位置掘进面粉尘扩散规律数值模拟研究

根据气固两相流理论,针对井下掘进工作面前抽后压混合式通风的特点,采用计算流体力学的离散相模型（DPM）对不同吹吸风口位置掘进通风工作面的粉尘扩散规律进行了数值模拟研究．研究结果表明,在抽风量和压风量不变的情况下,改变吹吸风口位置,掘进工作面的粉尘浓度场也随之发生变化,吸风口和压风口离掘进头太近或太远,都不利于控制粉尘扩散和通风排尘,对于断面为8m。左右的掘进工作面,吸风口距离掘进头2—2．8m位置,吹风口距离掘进头18～22m位置,通风效果较好．     

“U+L”型通风条件下采场瓦斯分布规律研究

为了研究“U+L”型通风条件下采场瓦斯分布规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了工作面瓦斯赋存规律和多孔介质瓦斯运移模型基本方程,然后,采用Fluent数值模拟软件,模拟了“U+L”型通风方式下采空区瓦斯浓度分布、工作面瓦斯分布规律以及采空区风流场分布规律。研究得出,该通风方式下,能够稀释和疏散采空区瓦斯,同时也增大了回风巷排瓦斯的负担,应增加其他相关瓦斯抽采措施,确保矿井的安全开采。     

金属矿山爆破微细粉尘云雾除尘机理及试验研究

为降低金属矿山爆破微细粉尘浓度,提出了巷道全断面云雾除尘技术,净化回风流中的粉尘。利用自行设计的雾化实验平台,分析了云雾喷嘴的雾化效果及气压、水压对雾化效果的影响,获得气流量、水流量随气压的变化规律,认为当气压为0.5 MPa,水压为0.2 MPa,水流量为35 L/h,气流量为2.65 m3/h时,云雾雾滴中值粒径D50最小,约6.0 μm。基于云雾喷嘴雾化特性及最佳工况条件,以云雾除尘主机和气水源处置为主体,研发了巷道全断面云雾除尘技术,并在梅山铁矿进行了现场试验。结果表明：爆破落矿后,经云雾除尘装置净化后,回风流中全尘、呼吸尘的降尘效率分别为96.89%、96.04%,表明云雾与粉尘粒径匹配效果好,可有效降低沿风流方向的微细粉尘浓度,提高降尘效率,取得较好经济效益和社会效益。     

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。     

基于巷道风流分布规律的风量计算

通过对模拟巷道风流分布规律进行研究,指出风流受巷道壁的黏滞作用,靠近巷道边壁处风流速度较小,越靠近巷道中心区域风速越大,而这种变化趋势在高、中、低风速条件下基本一致;同时研究以风速V(x)为目标函数值,以距巷道壁距离为变量x,对三种风速条件下试验数据进行曲线拟合分析,并得出相应的回归方程,依据此方程构造相应的积分方程计...