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。     

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明：保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m³/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30～90 mg/m³,作业环境最佳。     

独头掘进巷道排尘通风参数的数值模拟优化研究

独头掘进施工时的连续凿岩作业产生的矿尘持续危害作业面施工人员的身体健康。为了优化某地下工程大断面独头掘进巷道的排尘通风设计,根据巷道实际尺寸建立了几何模型,采用CFD数值模拟方法研究了通风风量和风筒出风口到工作面距离对巷道内粉尘浓度分布和排尘效果的影响。结果表明:风筒出风口至工作面的作业空间平均矿尘质量浓度与送风量存在负相关性;风筒出风口到工作面距离过短导致射流无法充分发展,对排尘效果不利;送风量高于国家标准计算风量时,可以适当增加风筒出风口到工作面的距离;为使人的呼吸高度平面和作业空间平均矿尘质量浓度均能保持较低水平,风筒出风口到工作面距离为11～15 m时为较优方案。     

附壁风筒出风口参数对掘进工作面控尘效果的影响北大核心

为明确径向出风式附壁风筒出风口宽度、径轴向出风比对综掘工作面控尘效果的影响,以冯家塔煤矿某综掘工作面为原型,运用FLUENT软件,对建立的长压短抽式通风综掘巷道模型进行数值模拟,并对模拟结果进行现场验证。结果表明:保持压抽比为1.3,径向出风口长为0.8 m时,随着出风口宽度增加,巷道空间内的粉尘浓度先减小随后增大,改变出风口宽度,当出风口宽度为0.05 m时,司机处粉尘浓度降至100 mg/m^(3),距掘进工作面20 m巷道内基本无粉尘,控尘效果最佳;保持最佳出风口宽度为0.05 m,随着径轴向出风比变小,巷道内粉尘浓度先减小后增大,当径向轴向出风比为1:2时,粉尘被集中控制在负压抽吸区,掘锚机司机位置处粉尘浓度降至1.2 mg/m^(3),此时径向出风式附壁风筒控尘效果最佳。     

综掘工作面长压短抽通风除尘系统的模拟试验

<正>随着掘进机械化程度的提高,掘进产尘量大大增加,综掘工作面的粉尘浓度有时高达1300～4000毫克/米~3,严重危害矿井安全生产和工人的健康。目前我国煤矿巷道掘进普遍采用压入式通风。这种通风方式对综掘工作面远远达不到除尘的要求。抽出式通风方式由于存在一些生产实际中尚未解决的具体问题,如粉尘在风筒中的沉降,水蒸气在风筒中的凝聚,长距离风筒的漏风,局扇风机的能力等,因而也难于在长距离掘进中应用。煤科院重庆所对长抽短压混合式通风方式进行了排尘试验,试验结果表明,排尘效果良好。但目前对长压短抽通风方式除尘效果的研究还不多,对其通风除尘的系统和最优参数的研究更为少见。为此,我们进行了长压短抽混合通风方式的模型试验。     

综掘工作面抽尘区域对旋流风幕控尘的影响

为提高综掘工作面旋流风幕控尘效率,降低高浓度粉尘污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了抽尘区域对旋流风幕控尘的影响规律。结果表明：随着抽风口距工作面距离增大,抽风筒距压风筒对侧巷道边壁越远,工作面流场控尘能力逐渐降低,高浓度粉尘扩散距离及扩散角均随之增大。基于模拟结果,确定了综掘工作面旋流风幕控尘的最优抽尘区域为抽风口距工作面2 m,抽风筒安设于压风筒对侧巷道边壁。通过工程应用,验证了数值模拟结论的有效性,掘进司机处粉尘浓度可降至24.6 mg/m³,风幕控尘效率达到91%。     

基于气幕屏蔽的掘进工作面通风除尘参数优化研究

为了改善掘进工作面产尘量大,通风排尘污染其他巷道的问题,在现有长压短抽式通风基础上,提出气幕阻尘结合长压短抽联合除尘方案,并采用数值模拟软件以及现场实验的方式对除尘参数进行分析。研究结果表明：当压风量为330 m³/min、压抽比为0.75时,抽出式除尘风机距离工作面距离为3～4 m时控尘效果较好;但掘进机操控区域距尘源较近,为了尽可能减少粉尘流经掘进机操控区总量,在掘进机操控区前方0.5 m处设置气幕,空气幕发生器出口风速为15 m/s时控尘效果最好,降尘率可以达到90%以上。     

附壁风筒条缝参数对综掘工作面控尘效果的影响

为明确附壁风筒条缝位置、宽度和压抽比对综掘面控尘效果的影响,运用FLUENT软件对建立的长压短抽式通风综掘巷道模型进行数值模拟。结果表明:随着附壁风筒条缝与迎头距离增大,巷道空间粉尘浓度先减小后增大,当条缝距迎头13 m时,旋流风幕将粉尘集中控制在迎头6 m范围内,综掘机司机处粉尘浓度下降到120 mg/m~3,风幕控尘起效;条缝宽度会影响旋流分风的风速,条缝越宽,旋流风速越大,但条缝宽度超过0.1 m时,反而会抑制旋流风幕控尘作用,当条缝宽度为0.05 m时,抽风筒口积聚的大量粉尘被抽离巷道,综掘机司机不受粉尘干扰;随着压抽比变大,巷道内粉尘浓度先减后增,压抽比为1.0时,压风筒高速射流被抽风筒全部吸收,粉尘被有效控制在迎头,巷道无粉尘扩散,控尘效果最佳。     

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。     

掘进巷道混合式通风数值模拟研究

依据气固两相流理论,以某金属矿掘进巷道内前压后抽混合式通风系统为研究对象,运用FLUENT软件对掘进巷道内爆破粉尘在混合式通风流场下的浓度分布进行数值模拟。通过改变混合式通风参数(压、抽风筒口与迎头面之间的距离、压抽风量配比),在不同的通风工况下通风15min后,分析比较巷道内的粉尘浓度分布,从而确定混合式通风最佳的通风参数。研究结果表明,压抽风筒距离迎头面太近或太远都不利于通风排尘,对于该矿巷道,当压风筒出风口与迎头之距L压=8~10m,抽风筒吸风口与迎头之距L抽=30~35m,压抽风量配比为1∶1.3时,通风除尘效果较好。     

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。     

金属矿山掘进巷道长压短抽通风系统优化

为减少掘进巷道的粉尘危害,针对传统长压短抽通风方式存在通风效果不理想的问题,以金属矿掘进工作面为研究对象,通过改变风筒数量及布置位置,采用Fluent软件对掘进巷道传统长压短抽通风系统进行优化。数值模拟结果表明,将压风筒布置在巷道顶部,2个抽风筒分别布置在巷道两侧,与传统的长压短抽通风方式相比,当巷道两侧抽风筒布置在2. 5 m高度位置时,其巷道内粉尘浓度最低。结果可为金属矿掘进巷道粉尘治理提供依据,为掘进过程中局部通风系统提供理论指导和技术支持,对保障矿山安全生产具有重要意义。     

掘进工作面混合式通风风流场数值模拟

掘进巷道混合式通风是一种特殊形式的巷道通风方式,研究其风速与瓦斯场分布的特征对于认识掘进工作面风流与瓦斯流动规律,搞好通风瓦斯技术管理工作,具有重要的意义。详细阐述了抽压混合式通风风流场结构,分3个切面绘制了长压短抽通风矢量图,建立模型进行Fluent数值模拟,并分析了压入式风筒回转中心附近风速结构与分布及抽出式风筒轴心线风速变化曲线。     

基于大尺寸工程模型的排尘系统实验及参数优化

为解决某高瓦斯矿综掘面粉尘污染问题，通过COMSOL软件对压入式通风下粉尘于不同区域运移特性进行研究；选取3种排尘系统参数（风筒风速、压风距离、风筒悬挂高度），以进风侧、回风侧及掘进机操作台位置粉尘质量浓度为分析指标，借助大尺寸工程模型对每种参数下4个方案进行相似实验，优选排尘系统参数。结果表明：压风出口处负压影响下掘进机机尾存在粉尘回流，并于掘进机操作台处积聚；排尘系统参数以风筒风速16～20 m/s、压风距离8～11 m、风筒悬挂高度3.4～3.7 m设置时，掘进机操作台位置最大粉尘质量浓度降低49.02%，排尘40 min清除掘进机两侧96.58%浮尘，提升了压入式通风为基础的排尘系统抑尘效果及排尘效率。     

掘进工作面附壁风筒控尘特性研究

掘进工作面是矿尘产生的主要区域。附壁风筒通过分风降速形成隔断空气幕,可有效控制粉尘。本文基于气尘两相耦合物理模型分析了中小掘进工作面附壁风筒控尘效应。研究表明,附壁风筒可将高浓度粉尘控制在掘进工作面前狭小空间,最高粉尘浓度可达常规风筒的5.65倍,附壁风筒在风筒出口附近控尘率最高,进风侧自上而下控尘率逐渐降低,回风侧控尘率呈现相反规律;当附壁风筒距掘进工作面3～5 m时,掘进工作面二次扬尘及后方的旋涡区逐渐消失,巷道内粉尘浓度被控制在50 mg/m~3左右,控尘效果最佳。现场实践表明,采用附壁风筒后,中小掘进工作面除尘风机在掘进机司机处和回风侧的除尘效率分别提高了29.4%和36.1%,控尘、除尘联用效果显著。     

巷道掘进工作面压抽混合式通风下降尘技术研究与应用

为有效降低回坡底矿东一采区胶带延伸巷掘进工作面的粉尘浓度,通过建立压抽混合式通风数值模拟模型,对压抽风筒距离掘进工作面距离的最优组合方式进行研究,基于数值模拟结果结合掘进工作面具体情况对防尘技术方案进行具体设计,并通过布置测尘点验证防尘效果。结果表明:压入式风筒距离掘进工作面7 m,抽出式风筒距离工作面3 m时最利于降尘,防尘措施实施后,有效降低了工作面的粉尘浓度,保证了作业人员的身心健康。     

受限射流结构参数对通风流场影响的数值模拟

采用流体力学软件对掘进巷道工作面的通风流场进行了模拟研究,分析了风筒出口位置、出口风速、风筒出口距工作面距离和掘进巷道断面宽高比等掘进巷道受限射流结构参数对流场的影响。结果表明:风筒出口位于掘进巷道顶角利于增大射流的有效射程;在相同的风筒出口直径下,风筒出口风速对掘进巷道受限贴附风流中心轴线速度变化的影响不大;在风流有效射程范围内,风筒出口距掘进巷道迎头端面的距离对流场的影响不大;掘进巷道断面宽高比越大,对射流的贴附效应越好。     

综掘工作面双径向旋流屏蔽通风控尘机理

双径向旋流屏蔽通风是综掘工作面一种新型的通风控尘方式。为了获得该新型通风方式的控尘机理,以广西百色百矿集团某煤矿综掘工作面为原型,建立了综掘工作面双径向旋流屏蔽通风数值仿真模型。基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型和DPM离散相模型相结合,对该种通风方式下的综掘工作面风流流场和粉尘质量浓度分布进行了数值仿真。结果表明:双径向旋流屏蔽通风可在工作面形成2道旋转风幕,即掘进机司机前方的1号风幕与转载点前方的2号风幕;1号风幕在吸风筒吸风作用下形成具有独特的伞形结构,可将掘进产尘屏蔽在掘进端头有限区域;2号风幕可将转载点处扬尘与掘进机司机区域分隔,保证司机区域不被转载点粉尘污染;综掘工作面双径向旋流屏蔽通风所产生的环形径向旋转射流能在巷道横断面形成稳定旋风,而且整个断面速度分布均匀,相较于传统的附壁风筒通风形成的径向风幕具有更高的强度和粉尘阻隔效率;双径向旋转风幕将综掘工作面的两大主要尘源(掘进机产尘和转载点扬尘)与掘进机司机区域有效隔离,阻止粉尘扩散至司机区域,为掘进司机提供一个良好的作业环境;吹吸流量比是影响该通风方式控尘效果的重要参数,司机处粉尘质量浓度随着吹...     

基于DPM模型的掘进工作面粉尘运移规律研究

为了解决煤矿综掘工作面粉尘污染问题,根据黄玉川煤矿综掘工作面实际条件建立几何模型,应用Fluent软件对风筒供风距离以及风筒出口风速进行仿真研究,分析了不同供风距离以及出口风速下的除尘效果。结果表明:当供风距离为8m、风筒出口风速为10m/s时,综掘面粉尘平均质量浓度最低;在安装附壁风筒对压入式通风进行改进后,由于附壁效应形成螺旋气流,极大地阻碍了粉尘向巷道四周扩散;巷道角落以及掘进机附近有大量粉尘积聚,是粉尘防治的重点区域。     

巷道掘进混合式通风参数及除尘效果考察

混合式通风兼有压入式和抽出式的优点。巷道掘进采用混合式通风系统,对减轻炮烟污染,消除粉尘危害,改善掘进作业环境,保障工人身体健康,具有明显的效果。 混合式通风的排尘排烟除尘效果,与掘进作业条件、工作面尘源分布状况、合理地选配通风设备、风筒口的相互位置和抽压风量的配比等参数有着密切的关系。