压入式掘进通风流场PIV实验研究北大核心

为了更为准确地描述压入式掘进通风流场形态,针对压入式掘进通风流场的传统"接触式"测量方式的局限性,利用粒子成像测速系统(PIV)对掘进工作面流场进行"非接触式"二维实验测试。按照与实际掘进巷道断面尺寸1∶15的比例建立了压入式掘进通风巷道实验模型,并根据井下实际情况,将风筒悬挂于巷道模型侧壁中央,对经过风筒轴心的横纵断面进行实验测试。实验结果表明,PIV测速系统能够更准确地对复杂流场进行测试,能够得到风流流场的瞬时和时均流动状态,为压入式掘进通风流场特性研究及掘进工作面的排污降尘提供了可靠的实验依据。     

压入式掘进通风流场PIV实验研究

为了更为准确地描述压入式掘进通风流场形态,针对压入式掘进通风流场的传统"接触式"测量方式的局限性,利用粒子成像测速系统(PIV)对掘进工作面流场进行"非接触式"二维实验测试。按照与实际掘进巷道断面尺寸1∶15的比例建立了压入式掘进通风巷道实验模型,并根据井下实际情况,将风筒悬挂于巷道模型侧壁中央,对经过风筒轴心的横纵断面进行实验测试。实验结果表明,PIV测速系统能够更准确地对复杂流场进行测试,能够得到风流流场的瞬时和时均流动状态,为压入式掘进通风流场特性研究及掘进工作面的排污降尘提供了可靠的实验依据。     

井下无风墙辅扇动压通风的分析及其应用

利用无风墙辅扇调节矿井通风网络和作业面的风流是一种非常有效和灵活的方法。应用矿井空气动力学理论分析了井下无风墙辅扇全压对巷道做功,克服井巷通风阻力,造成风流流动的过程;指出了需要充分利用风流动压的方向性,将扇风机的全部输出能量转化为动压形式进行通风;并着重分析了无风墙辅扇通风应注意的一些技术问题。     

巷道边壁支护方式下风流场流速分布特征的PIV实验研究

为了分析边壁支护方式对巷道风流场流速分布的影响,采用粒子图像测速仪（PIV）瞬 态流场测试技 术,得到了不同风速、不同间距边壁支护的矩形巷道流场时均风速分布。实验表明,风流经过 支护位置后形成一定 长度的湍流回流区域,2 种布置间距下入口风速变化未对形成的回流区长度及涡心位置产生影 响;间距加大后形 成的涡流再附着点长度与 Re 无关;整个涡流区域风速值较小且流向不稳定,但未对主流风速 流向产生较大影响, 井下实际布置测风点位时可有条件地忽略局部构件产生的湍流涡流区。研究表明,PIV 作为一 种非接触式速度测 量技术,可为研究复杂矿井通风巷道中的风流场湍流特性提供有效的实验解决方案。     

无风墙辅扇工作时风流混合面的影响

无风墙辅扇通风是一种辅助的通风方法。由于它不设风墙,对运输、行人以及自身的安设和移动都很方便,因此它在矿山得到广泛应用。无风墙辅扇主要是依靠扇风机出口风流的动能引射旁路风流(图1),从而使巷道风量大于风机风量,以满足人们对风量的需要。     

无风墙辅扇通风引射器最优出口断面研究

针对提高井下无风墙辅扇通风效率的技术难题,依据风流流动和辅扇通风的基础理论,建立安装引射器的无风墙辅扇通风的理论模型,应用Fluent软件进行数值模拟研究,并在相似模拟实验模型中测试不同引射器出口对辅扇通风性能的影响。结果表明:合适的引射器出口断面有效地提高了辅扇通风效率,增加巷道风量,增强井下辅扇通风方法的适应性,减少了辅扇通风能耗,同时促进矿井安全生产以及对矿山通风系统的的节能降耗具有一定的参考价值。     

无风墙机站增压效应数值模拟研究

为分析无风墙机站通风效应,建立了无风墙机站数值分析模型,并分析了风机在不同速度下的风压效应,得出无风墙机站风机风量在小于、等于和大于巷道内风量3种情况下均能有效增加巷道内风压、提高风流动能,并验证了风压经验算法.     

无风墙机站的有效风压测试及数值模拟

在深入分析无风墙机站通风实践的基础上,为解决有效风压计算中出现的误差和反风的问题,采用相似模拟实验和数值模拟的方法,对无风墙机站有效风压的计算公式做进一步的修正,并确定了反风的临界条件。研究结果表明:相似模拟实验和数值模拟可以准确描述无风墙机站通风系统中巷道风流的流动状态和风压分布,为提高无风墙机站的有效风压提供了数据和理论支撑,对于矿井的无风墙通风系统的选择和结构设计具有重要的理论指导作用。     

空气幕出风口宽度对隔断巷道风流效果影响的数值模拟分析

根据空气幕隔断巷道风流的特点,建立风流流场的几何模型及数学模型。采用计算流体力学的FLUENT软件,对空气幕不同出风口宽度下的巷道风流流场进行数值模拟。模拟显示:在供风量一定时,空气幕出风口宽度对其隔断能力影响较显著,随着出风口宽度的增大其隔断能力减小,通过比较发现,非循环型空气幕的隔断能力要优于循环型空气幕。     

掘进巷道瓦斯运移多相流场实验研究

基于多相流及矿井通风理论,利用相似性实验方法,搭建了煤矿掘进巷道模型,并通过模型实验获得了掘进巷道内风流流场和瓦斯浓度分布场的特征信息。结合上述两方面的特征信息重点分析了巷道内瓦斯运移多相流场的流动特性,所采用方法对于矿井通风系统及瓦斯监测系统的设计具有较强指导意义。实验结果表明掘进巷道内瓦斯运移的实质是瓦斯组分在矿内混合风流流动中的质量传递过程。     

不同阻塞条件下的隧道火灾全尺寸试验研究

为了研究阻塞条件下的隧道火灾危险性,选取某隧道网络中的某一支路作为火灾试验区,采用轴流风机通风,额定通风量为27 m3/s,以甲醇池火为火源,火源功率分别为0.25、0.50和1.00 MW。通过改变火源功率和隧道内风门的开闭模式开展全尺寸试验,分析火源横截面和隧道中心线竖直截面风速、隧道纵向拱顶温升、隧道中心面纵向温升等参数,研究了不同阻塞条件下的隧道火灾烟气扩散规律,获得了抑制隧道火灾危险性的风门控制模式。研究结果表明:①在隧道通风网络中,对称风流通过风门后,隧道截面距风门22 m处风速在整流作用下逐渐趋于均匀;②建立了考虑隧道阻塞比的隧道风量衰减模型,该模型可根据隧道阻塞比的变化预测隧道阻塞作用下的风量损失,同时可以计算沿程阻力损失的风量;③在自然通风条件下,当火源功率大于0.50 MW时,火灾烟气在火羽流作用下迅速向隧道拱顶浮动,通过对流换热使得拱顶温度急剧升高,对于隧道结构的稳定性具有巨大的破坏作用;可采用调节风门的方式控制通过起火区域的风量,从而优化隧道火灾危险控制模式,局部风速大小对火灾危险性影响不大;当起火区域风量不足时,人眼高度处的1.8 m高温度升幅较大,不利于人员逃生与救援;④阻塞条件下隧道断面不对称进风流易造成风流结构紊乱,使得隧道火灾烟气温度分布不稳定,危险性较大。     

对旋式通风机基于定常流动的全流场数值模拟

针对矿用对旋式轴流风机,选用RNGk-ε湍流模型和SIMPLE算法,在求解区域采用非结构化网格,通过求解三维N-S方程对其全流场三维湍流进行了定常的数值模拟,揭示了对旋风机内部流场的基本特性,数值模拟的结果对提高旋风机的整体性能和运行安全性具有重要的工程应有价值。     

煤矿对旋轴流通风机三维全流场数值模拟

针对矿用局扇对旋风机,建立了三维整机全流场几何模型,采用四面体非结构化的网格进行空间离散,完成了整机的数值计算。主要分析了风机内部特定面处的压力场和速度场的分布规律,揭示了轴流风机内部流场的基本特性。研究结果可为风机的优化设计提供借鉴,对提高轴流风机的整机性能具有重大意义。     

北洺河铁矿通风系统优化改造研究#br#

北洺河铁矿是一座地下大型黑色矿山,采用无底柱分段崩落法开采,通风系统采用中央对角式四级机站通风方式,矿体两翼进风,中间回风。随着开采深度不断下移、通风网络不断变化,导致目前通风系统存在总风量不足、中段风量分配不合理、采区污风循环等问题。运用通风系统优化技术以及风量调控技术,提出了增设风门、增设进风侧风机、调整主风机运行频率等通风系统调整优化措施来解决上述问题。通过对3个通风系统调整优化方案的综合比较,最终选择在西风井石门增加进风主扇,并且对进、回风主扇运行工况进行协同匹配的优化方案。运用三维通风系统计算程序对优化方案进行了计算,然后根据计算结果进行现场调试,确定-50 m水平回风机站2台并联风机运行频率为40 Hz/43 Hz;-230 m东、西进风机站4台风机运行频率为30 Hz时,进、回风主扇运行工况协同匹配性较好,系统总风量达到了193 m3/s,满足理论计算的矿井总风量180 m3/s要求,同时采区污风循环问题得到解决,矿井通风效果得到明显改善。     

对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究

采用Realizablek-ε湍流模型和压力边界条件对对旋式轴流通风机从集流器到扩散器出口的内部流场进行了数值模拟。通过改变前后级叶轮叶片的安装角,揭示了其安装角变化对流量和压头的影响,使得两级叶轮压升更加合理。为提高对旋风机的运行效率和运行安全性提供了依据。     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

复杂多机站通风系统反风方案设计及模拟

为解决玲南金矿矿井火灾烟气无序扩散问题,提出了矿井区域性反风技术方案,利用Ventsim软件建立了岭南金矿三维等比例通风网络模型与矿井反风模型,解算了采取反风措施后矿井风量分配及火灾烟气CO分布,同时开展了现场反风试验,验证方案实施效果。研究表明：①玲南金矿进风路线-610 m 2#盲井井口电缆短路火灾发生,采取反转-370 m东风井回风机站风机、停止8#穿脉箕斗井-770 m回风巷风机和-690m 10#穿脉巷风机措施后,经Ventsim模拟解算得出-370 m主回风机站反风量为63.3 m3/s,风机反风效率为60.2%,主要进、回风区域风流反向,火灾烟气CO沿1#竖井排出,火灾烟气按预期方向流动;②分别在1#竖井井底石门附近采场和-370 m东风井主回风机站设置了CO监测点,火灾发生后无反风措施时,-370 m东风井主回风机站CO峰值为2 830.4×10-6,采取反风措施后,火灾下风口作业面无CO,1#竖井井底石门在2 500 s时,CO浓度达到峰值2 914×10-6,在7 500 s时,CO浓度减低至18×10-6,采取反风措施后,CO沿最短路径排出;③现场反风试验测得-370 m中段风机正转总回风量为106.5 m3/s,风机从正转过渡到反转耗时4 min,第10 min时,反风风量为74 m3/s,占正常通风量的69.48%,符合相关规范要求,矿井通风系统抗火灾突变能力得到了显著提高。     

干式除尘器在煤矿岩巷综掘工作面的研究与应用

为提高底抽巷施工进度,顺和煤矿引进悬臂式掘进机进行岩巷掘进。由于综合机械化水平的提高,割岩过程中产尘量随之增加。通过比较,干式除尘风机较湿式除尘风机优点:①能源消耗;②操作简单维护方便;③除尘效率高并且效果稳定;④环境舒适;⑤文明卫生。根据使用地点供风量,选择KCG-600D型干式除尘设备。除尘风机除尘效率低的原因:①工作面压风量大于吸风量,风量不匹配,造成部分含尘风流混入回风流,污染巷道环境;②迎面墙风速过高,除尘风机吸尘时间短,不利于除尘风机有效工作。将压风风筒距离工作面保证在15~19 m,除尘风机风筒吸风口距离工作面5~6 m,除尘风机吸尘口向巷道中部,口微微向下,前0.3 m不用吊挂让其自然下垂。在保证工作面风量充足的情况下,合理设置“长压短抽”通风距离,降低工作面风速,含尘气流绝大多数进入除尘风机,得到有效净化。     

基于定常计算的轴流式通风机内部全流场数值模拟和性能预测

针对2K70型轴流式通风机从集流器进口到扩散器出口的内部三维全流场做了定常的数值模拟。该模拟在计算区域采用非结构化网格,选用标准的k-ε湍流模型和压力边界条件。模拟结果揭示了轴流式通风机内部流场的一些基本特征,根据这些特征对该通风机的整体性能做了有较高精度和可靠性的性能预测。预测结果可为内部流动优化提供参考。     

高海拔对矿井轴流式风机性能影响及风机合理选型

高海拔矿井所处环境气压低、空气密度小,导致风机在高海拔环境工作性能明显下降。本文基于风机设计基本理论和矿井通风学原理,研究了高海拔低空气密度对矿井轴流式风机工作性能和配套电机功率的影响,结合实例分析了高海拔矿井风机及配套电机的合理选型方法。研究结果表明:与平原地区相比,高海拔地区的风机体积流量不变,但质量流量下降;风机风压随着空气密度下降而减小,实际风压远低于风机选型的样本风压;电机运行时温升增加,绝缘材料老化加速,电机输出功率下降。