掘进巷道流场结构及粉尘沉降规律相似模拟研究

为研究掘进巷道流场结构对粉尘运移规律的影响机制,基于气固两相流理论和相似原理构建了掘进巷道压入式通风的相似实验模型,利用FLUENT数值模拟软件和掘进巷道相似模拟实验平台开展了风流场及粉尘运移的数值模拟和实验研究,分析了压入式通风条件下的流场特征对粉尘运移和沉降的影响规律。研究结果表明：相似模拟实验在满足相似准则的情况下得出模型巷道的平均风速为0.66～2.62 m/s;粉尘自工作面脱离后随风流向巷道后方运移,大部分粉尘在综掘机后方发生扩散,部分细颗粒粉尘被综掘机附近的涡流结构捕获;在距掘进工作面端头3～5 m内发生大颗粒粉尘沉降和堆积,随与工作面端头距离的增加沉降粉尘颗粒粒径逐渐变小且分布更加均匀。     

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...     

斜沟矿爆破掘进巷道粉尘非稳态分布规律数值模拟研究

为了得到掘进工作面附近爆破和通风同时作用形成气相流场所致爆尘运移规律,指导通风系统和防尘系统的设计,以斜沟煤矿13采区集中辅运上山掘进工作面为背景进行爆破后的CFD模拟研究,并结合实际测量,以获得粉尘扩散规律、粉尘粒径沉降规律和粉尘浓度时间变化规律。模拟结果显示:距离地表垂高0.5m处粉尘浓度最高,距地表4m处粉尘浓度最低。粒径在90～200μm的几乎完全沉降;15μm以下的长时间悬浮;10μm以下的粉尘均匀分布于沿程空间各点。在1～5min之内,大颗粒迅速沉降;粉尘浓度在5min以后开始逐渐减少。距掘进工作面10～20m范围内粉尘浓度一直保持在较高水平。现场实测得到距工作面20m和25m范围内的粉尘浓度分布规律与数值模拟结果基本一致。     

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。     

高原矿井掘进工作面截割粉尘污染效应及通风控尘参数分析

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物的扩散及沉降特性,并根据颗粒物的扩散特性对高原矿井掘进工作面通风"控尘"及"排尘"参数进行确定。结果表明:截割落岩形成的粉尘受截割头运动和掘进工作面涡流的影响,粒子主要沿截割臂向回风侧方向运动,截割左侧岩体时涌向司机工作区的粉尘明显多于右侧,且以粒径在40μm以下的颗粒为主。受海拔上升环境参数改变的影响,流体性质会发生变化,导致颗粒受力情况和运动轨迹改变,扩散距离变小,沉降加快,其中对PM₅以上的微粒影响较为明显;虽然海拔上升流体携带粉尘的能力减弱,导致掘进工作面沿程粉尘质量浓度下降,但粉尘沉积量会增多,存在二次飞扬的风险。在掘进工作面安装压入式"附壁控尘风筒"后,会在掘进工作面形成顺时针旋转涡流风幕,可将产生的粉尘有效的控制在掘进工作面前段,而另一侧的"除尘风机"会将掘进工作面聚集的粉尘及时排出。当附壁风筒径轴风量比m≥0.7、压抽比n<1...     

长距离掘进巷道爆破粉尘分布分析

为了解金属矿掘进爆破后粉尘粒子的空间运移规律,从而确定除尘技术参数、改善除尘效果、提高降尘效率,以某金属矿为例,在1100斜坡道掘进面开展爆破粉尘运移及粉尘浓度时间变化实验,实测巷道沿程粉尘沉降、空间粒度分布情况,定点监测爆破过程粉尘浓度随时间变化。实验结果表明：对于工作面不同粒径粉尘颗粒比例随着距工作面的距离增加,沉降及空间分布显现不同的变化趋势,粉尘浓度在爆破后经历40 min,甚至50 min以上仍远远超过规定的粉尘浓度。颗粒比例随粒径增大而减小,悬浮在空间的粉尘分散度分布较为一致。     

金川龙首矿长距离掘进巷道爆破粉尘分布分析

为了解掘进爆破后粉尘粒子的空间运移规律,确定除尘技术参数,改善除尘效果,实测金川龙首矿1100斜坡道沿程粉尘沉降、空间粒度分布情况,定点监测爆破过程粉尘浓度随时间变化,研究掘进面爆破粉尘运移及粉尘浓度随时间的变化规律。结果表明,随距工作面的距离增加,不同粒径粉尘颗粒比例、沉降及空间分布显现不同的变化趋势。粉尘浓度在爆破后经历50 min仍远远超过规定的粉尘浓度,颗粒比例随粒径增大而减小,悬浮在空间的粉尘分散度分布较为一致。根据试验结果确定工作面喷雾降尘技术参数,全尘和呼尘降尘率分别高达95.77%和96.40%。     

斜沟煤矿长距离掘进面爆破粉尘运移规律研究

为了解长距离巷道掘进爆破后粉尘粒子的空间运移规律,从而确定除尘技术参数、改善除尘效果和提高降尘效率,本文以斜沟煤矿为例,在13采区辅运上山掘进工作面进行粉尘浓度随时间变化的规律和爆破粉尘沉降规律实验,现场测定巷道粉尘沿程沉降规律和粒度分布规律,定点观测爆破时粉尘浓度与时间的变化规律。实验结果证明:爆破后在工作面周围的粉尘浓度经过40min乃至超过50min时仍明显大于规定的粉尘浓度值,随着粉尘与工作面的距离增大,不同粉尘颗粒的比例呈现不一样的变化规律。随粉尘粒径的增大,粒径大小不同的粉尘颗粒比例在减少。     

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。     

长距离掘进巷道爆破粉尘非稳态分布规律

为了指导通风系统和防尘系统的设计,以马堡煤矿152采区轨道下山掘进工作面为背景进行爆破后的CFD模拟研究,并结合实际测量,以获得粉尘扩散规律、粉尘粒径沉降规律和粉尘浓度时间变化规律。模拟结果显示:距离地表垂高为0.5 m处粉尘浓度最高,距地表4 m处粉尘浓度最低。粒径在90~200μm的几乎完全沉降;15μm以下的长时间悬浮;10μm以下的粉尘均匀分布于沿程空间各点。在1~5 min之内,大颗粒迅速沉降;粉尘浓度5 min后开始逐渐减小。距掘进工作面10~20 m范围内粉尘浓度一直保持在较高水平。现场实测得到距工作面20 m和25 m范围内的粉尘浓度分布规律与数值模拟结果基本一致。     

掘进工作面风流-粉尘耦合运移规律模拟研究

为研究掘进工作面粉尘污染问题,使用FLUENT软件对压入式通风情况下风流场和粉尘场进行数值模拟,并进行现场实测验证。分析得出掘进工作面压入式通风风流-粉尘耦合运移规律,随着距迎头距离的增大,风流场分布呈现“涡流-紊乱-平稳”状态,粉尘场分布呈现“高-中-低”浓度分布,为掘进工作面粉尘治理提供指导。     

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%。     

坡底煤业3101运输巷掘进工作面粉尘防治技术研究与应用

为优化3101运输巷掘进工作面作业环境,采用Fluent数值模拟软件进行掘进工作面粉尘运移规律分析。通过对粉尘扩散过程及粉尘浓度分布具体分析,得出掘进工作面的粉尘运移规律。基于数值模拟结果,结合掘进工作面条件,设计采用优化通风+安装水幕+活性磁化水的综合降尘方案,并在防尘方案实施后进行粉尘浓度测试分析。结果表明：防降尘方案实施后,全尘浓度降低61.4%,呼尘浓度降低53.4%,降尘效果显著。     

掘进工作面不同通风方式的粉尘运移规律研究

为了解决掘进工作面粉尘污染严重的问题,运用COMSOL软件对某矿1019掘进工作面进行了几何模型构建,并基于k-ε湍流模型和流体流动颗粒跟踪模型,计算了在压入式和长压短抽通风方式下的速度切面、风流流线分布以及粉尘粒子的运移轨迹,分析了两种通风方式对粉尘粒子运移的影响,并研究了掘进工作面在两种通风方式下的粉尘运移规律。结果表明:压入式通风方式下,由压风筒将新鲜空气压入巷道内,迫使掘进工作面的粉尘随风流排出巷道,导致掘进机前方区域风流曲线非常密集形成多处涡流导致粉尘粒子在涡流处聚集,同时部分粉尘粒子沉淀在巷道底部,还有部分粉尘粒子沿右侧巷道壁面向后方移动,其控尘效果较差;长压短抽通风方式下,两风筒前方区域速度较大,且压风筒和抽风筒之间风流流线密集;压风筒吹出气流裹挟粉尘粒子移动,同时利用抽风筒的抽吸作用将粉尘粒子吸入排出巷道,与压入式通风方式相比长压短抽的降尘效果更好。     

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。     

综掘工作面通风条件对径向旋流风幕阻尘效果的影响北大核心

为了提高综掘工作面径向旋流风幕阻尘效率,降低高浓度粉尘对人员作业区域污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了通风条件对径向旋流风幕阻尘的影响规律。结果表明:随着风幕与工作面距离增加,风幕装置径向风量增大、通风系统压抽比减小,径向旋流风幕运移过程中更易于转化为风量与风速分布均匀的轴向阻尘流场,粉尘污染程度随之降低。拟合了高浓度粉尘扩散距离与各通风条件间的定量关系,结合实际生产条件,确定了径向旋流风幕阻尘较优通风条件为风幕距工作面30 m,风幕装置径向风量为270 m3/min以及通风系统压抽比为0.8。通过对模拟结果进行工程实测,验证了数值模拟的有效性,掘进司机断面粉尘浓度降至35.5 mg/m3,风幕阻尘效率达到了90.5%。     

基于CFD数值模拟分析综掘工作面粉尘迁移规律研究

针对目前综掘工作面产尘量大、空间狭小、粉尘浓度高、降尘难度大的问题,基于CFD离散相解算模拟技术,通过建立全尺寸掘进面巷道模型,对比研究在压入式通风条件下割上部与下部煤(岩)时,粉尘在掘进巷道的纵向与横向运移规律.掘进头模拟结果显示,在掘进头风流场中有两处涡流区域,一处位于掘进机前、中部,一处位于掘进机右侧后部.涡流的卷吸作用会导致这两处有明显的粉尘聚集,非常靠近掘进司机的位置,影响范围分别近似为1 m×3 m与0.8m×1.5m的矩形区域,最高浓度约为500 mg/m3.同时还研究了通风量对风流场涡流区域粉尘聚集区域的影响,对比发现增大通风量可有效减小粉尘聚集区域的浓度.     

长压短抽式通风掘进面粉尘浓度分布规律数值模拟研究

为了有效降低掘进工作面粉尘浓度,根据掘进工作面压入式通风流场的分布特点,基于气固两相流和射流理论,利用Fluent自带的Gambit前处理软件建立了与现场实际相符的长压短抽式通风掘进工作面数值仿真模型,采用离散相模型(DPM),对压风口位置、压抽风量一定而吸风口位置不同处的工作面粉尘浓度分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:在压风口位置、压抽风量一定的情况下,吸风口位于掘进工作面1m处,即在形成涡流区前的粉尘能够在抽放负压的作用下最大限度地被吸风风流排出,减少了涡流区受压风口风流卷吸作用而被重新压入工作面的粉尘量,保证了掘进工作面的风流质量。     

压入式通风掘进巷道粉尘悬浮运移规律研究北大核心

为改善煤矿掘进工作面产尘量高、煤尘浓度大、作业环境恶劣等问题,根据气固两相流理论,基于Fluent数值仿真软件,建立掘进巷道几何模型,并选用标准k-epsilon湍流模型以及离散相模型(DPM),对压入式通风掘进巷道在不同风筒出风口风速及风筒位置下的空气流场和粉尘悬浮运移规律进行数值模拟研究。结果表明:随着风速的增大,风流速度主要集中于压风筒下侧及其对角处,并在x=3 m处逐渐形成涡流区域;粉尘悬浮时间减短,巷帮及巷道顶底板捕捉粉尘量增大,巷道出口排尘速率及排尘量增大;随着风筒与工作面距离增大,粉尘扩散严重,悬浮时间增长,轨迹紊乱程度增加,巷道出口排尘量减小,影响了通风除尘效率。     

综掘工作面粉尘浓度分布的数值模拟

针对矿井掘进工作面的特点,建立了与现场实际较符合的掘进巷道数值仿真模型;根据气固两相流理论,采用计算流体力学的离散相模型对长压短抽式通风掘进巷道中的粉尘运动规律进行了数值模拟,得出长压短抽式通风掘进巷道中粉尘质量浓度的分布规律:工作面附近区域的粉尘质量浓度较高,然后沿程逐渐降低;距离压入式风筒另一侧煤壁越近回风侧空间内的粉尘质量浓度越高。