夏甸金矿深井通风降温试验及数值模拟研究

针对夏甸金矿深井通风降温问题,在该矿-682 m水平掘进巷道进行了通风降温试验,并运用Fluent数值模拟软件对试验巷道进行模拟,以此来研究通风降温过程中巷道内风流速度场与温度场的变化规律。试验结果表明,通风过程中,风量越大,降温效果越明显。Fluent模拟结果表明,通风过程中,风流在距掌子面20 m内会形成涡流,风流紊乱,而在距掌子面20 m外,风流则较为稳定;巷道内距掌子面越近,温度越低;受风流与岩壁热交换的影响,巷道断面的温度会呈现出四周高中间低的分布规律。对比试验数据与模拟结果,验证了Fluent数值模拟的准确性与可靠性,为解决夏甸金矿其他掘进巷道的通风降温问题提供了参考依据。     

水平巷道通风降温适用风量的研究

为了分析水平巷道通风降温的适用性,运用理论分析、现场试验和数值模拟的方法对水平巷道通风降温的适用风量及影响因素进行了研究,建立了水平巷道通风降温适用风量的数学模型,并依据夏甸金矿一水平巷道热环境参数验证了模型可靠性。研究结果表明:巷道热物理参数确定时,适用风量增加幅度随入风温度的增加而增大;当入风温度和风量不变时,出口风温随壁温的增加呈近似线性增加,壁温越高时出口风温下降幅度越大,因此较大风量对严重热害区域的降温效果较好。通风降温效果上,降低入风温度比增加风量效果更好。     

掘进巷道通风降温试验研究

为了得到不同通风条件下掘进巷道内的气温变化影响规律,在蚕庄金矿徐家瞳-750 m水平进行了有无人员作业、通风机是否工作、不同风量等条件下的通风降温试验研究。研究结果表明:通风6 min时气温迅速降低,12min后气温虽然降低但降温梯度大幅减小,在停风60 min时巷内气温迅速升至28℃左右,为保证工作面满足安全规程要求,有人员作业地点要保持连续通风;气温随风量的增加而降低,且距离出风口越远时气温越高,可适当加大工作面风量;巷内岩壁温度随通风时间的增加下降很小,但同一位置岩壁温度与气温温差在加大,且通风60 min后温差可达3℃以上;风筒每增加10 m,出口气温增加约1℃,实际生产中需要考虑风筒保温问题。试验得出的掘进巷道气温变化规律可为其他水平和条件下的通风降温参数设置提供参考。     

基于Fluent的掘进工作面通风热环境数值模拟

基于计算流体动力学和矿井通风理论,建立掘进工作面通风的k-ε紊流模型,导出描述掘进工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过分析掘进巷道模型的边界条件,利用Fluent软件模拟压入式通风的风流与巷道围岩和机械设备散热的热湿交换过程,采用TECPLOT软件进行后处理,显示不同供风量下的速度矢量图和风流温度变化。模拟结果表明,增大供风量可以降低巷道温度,但供风量过大,降温效果越来越不明显,仅依靠通风方式无法改变高温现状。     

高温掘进巷道温度场影响因素分析研究

针对高温掘进巷道,通过数值模拟方法研究其温度场分布。建立数学模型,设定巷道壁面温度沿长度方向变化,得出降温前后巷道温度分布变化云图,与井下实测温度值进行比对。具体分析了风流温度、风量以及风筒位置对巷道温度场的影响。结果表明,降低巷道入风温度,巷道内温度明显降低,但会造成冷量分布不均,扩大巷道内部风流温差;增大风量可以扩大巷道内低温区域,但对巷道内温度的降低作用不大;调节风筒离工作面距离可以改善巷道内温度分布,降低巷道内风流温差。     

深部开采巷道内流固耦合换热的数值研究

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明,各因素对巷道降温效果的影响大小排序为入风温度壁温隔热层厚度巷道长度风速。单因素试验结果表明,隔热层厚度和巷道终点温度之间呈负幂指数关系,壁温、风温和巷道温度之间呈现出正线性关系。利用SPSS软件对数值试验的结果进行了分析,得到了巷道出口温度与上述因素间的定量关系式,为工程设计提供了有效的参考依据。     

某矿采掘工作面通风降温措施及数值模拟研究

为定量分析高温矿井入风风量、风温对采掘工作面、采掘巷道内部的降温效果,针对某矿山新区井下采场和掘进作业面环境温度高的实际情况,依据巷道风流流动特性、热力学、流体力学等基础理论,应用Gambit软件建立采、掘作业面的气固两相流的热力学模型,并应用Fluent和Tecplot软件对不同通风降温方案进行数值模拟分析,结果表明:两个专用进风天井偏采场中央布置时通风降温效果更好,风温分布更均匀;提高入风口风速,能够有效降低采场温度;当采场截面风速为0.25m/s时,采场通风进口风温保持在22℃,采场风流温度恰好可降至28℃。     

掘进巷道不同高宽比对风流传热影响的研究

掘进巷道在地下矿山开采过程中尤为常见,由于掘进过程中无法及时形成完整的通风网络,致使掘进巷道及工作面热害较为严重。尽管矿山掘进面热害治理的研究很多,但有关不同高宽比的掘进巷道与通风降温关系的研究较少。在通风条件相同下,运用Fluent数值软件模拟分析,通过改变掘进巷道的高宽比来研究其温度场分布的不同。结果表明,在温度为35℃的高温掘进面巷道中,采用压入式通风方式,入口风温为22℃可满足通风降温的要求;在相同送风量情况下,掘进面巷道的高宽比越大,通风降温效果越好,但同一断面上纵向温差也越大;通过改进掘进巷道高宽比可实现通风降温最优化,从而为巷道设计者提供了新的理论依据。     

掘进巷道风流温度场分布规律的研究

为了获得掘进巷道风流温度场分布规律,通过巷道实体模型和数值模拟实验相结合的方法,测试了不同巷壁温度、通风风量、入口风温时掘进巷道风流热环境的分布情况,分析了温湿度场分布差异,提出掘进巷道风流温度场"四区"即迎头阻碍区、射流影响区、回风稳定区、外部影响区分布概念,壁温发生改变可对迎头阻碍区、外部影响区造成更大影响,改变入风温度可对射流影响区造成更大影响;通过对比分析掘进巷道风流温度和湿度场,发现风流温度分布受风流参数影响较大,而湿度分布受巷道物理结构影响较大。     

掘进巷道回头热及其影响因素分析研究

在现场实验研究掘进巷道温度场的基础上,基于巷道围岩散热沿长度方向的变化情况建立数学模型进行数值模拟,得出巷道温度场及回头热分布规律。分析了掘进巷道回头热现象出现的原因及其影响因素,研究了入风温度、风量及风筒位置对回头热的影响。研究结果表明：入风温度越高,回头热温度越高、位置越靠近工作面;风量越大,回头热温度越低、位置距离工作面越远;风筒出口距离工作面越近,回头热温度越高、位置越靠近工作面。可为选择合理的掘进巷道降温方式及优化降温系统提供参考。     

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。     

深井采空区和废旧巷道风流预冷降温研究

冬瓜山铜矿是大型（开采规模300万t/a）千米深高温热害矿井。利用矿井上部采空区及废旧巷道具有低温围岩这一天然冷源,对矿井深部进风流进行地温自然预冷降温,预冷风量达到200 m3/s,入风流温度降低2～3 ℃。与直接采取矿井空调制冷降温技术相比较,不仅减少了制冷设备投资、运行管理成本,降低了技术风险,而且充分利用了已有通风工程与地温资源,实现了矿井节能环保生产。     

基于Fluent的独头巷道通风降温的数值模拟研究

基于独头巷道的特点和有限空间的受限贴附射流理论,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风降温的数学模型。采用Fluent软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内的温度场的分布进行数值模拟。结果表明在风速为5m/s,送风温度为25 ℃时,较好的改善了巷道内的热环境。     

掘进巷道壁面粗糙度对受限贴附紊动射流的影响

由于巷道壁面粗糙度对贴附紊动射流起始段与主体段有较大影响,根据贴附射流理论,通过FLUENT软件数值模拟,分析在巷道壁面粗糙度厚度不同及粗糙度不均匀的情况下,贴附紊动射流运动特征及对掘进巷道内通风流场的影响。结果表明：巷道壁面粗糙度厚度对受限贴附紊动射流的起始段影响较小,对主体段影响较大,随着粗糙度厚度增大,主体段的轴心速度减小越快,低风速区厚度增大,在回流区易形成涡流区;随着粗糙度不均匀性增加,巷道内涡流区增大。数值模拟结果与理论分析结果相符,为研究掘进巷道风流传递过程、粉尘与瓦斯运移规律等提供了理论基础。     

基建矿井热害防治综合措施

针对基建矿井热害治理技术研究较少、 热害治理复杂的现状, 基于基建矿井掘进工作面作业环境温度高, 降温负荷大, 供风沿途冷量损失较大, 低湿空气与掘进工作面的热湿交换不充分,基建降温设备利用率低的矿井热害特点, 设计了非机械制冷和机械制冷方式相结合的基建矿井降温综合治理措施。 非机械制冷方式包括增加风量, 选择合理的通风方式, 双巷掘进, 采用双层隔热风筒通风, 控制热源和加强管理等。 当非机械降温方式无法满足降温需求时, 采取机械降温方式, 以赵楼基建矿井为例进行分析, 发现机械降温系统运行效果较好, 井下掘进工作面温度符合 《煤矿安全规程》 要求。     

局部通风掘进工作面换热系数分布研究

运用计算流体力学软件FLUENT对局部通风掘进工作面的流场、巷道壁面和风流之间的热量交换进行模拟,获得了局部通风掘进工作面风流速度和温度的分布。根据牛顿冷却定律和换热量与壁面风流速度、摩擦速度以及壁面黏度系数之间的关系,提出了换热系数的计算方法。运用此方法得到了半圆拱形巷道掘进工作面无量纲换热系数的分布,并对不同风量和不同壁面温度情况下无量纲换热系数进行对比分析可知,无量纲换热系数不受巷道风量和壁面温度的影响,只与风筒位置和巷道形状有关。     

基于GA-BP网络的掘进工作面风流温度预测的研究

 以解决矿井掘进工作面风流温度预测的问题为研究目的,采用BP神经网络为模型,利用遗传算法优化网络初始权值和阈值,建立了一种新的掘进工作面风温预测模型,并用Matlab编程实现。通过分析影响掘进工作面风流温度的变化因素,得出,局部通风机入口处湿球温度、风流温度,掘进工作面处湿球温度、掘进巷道长度等因素的影响力较大。为验证预测模型的准确性,分别对2个工作面的风温进行预测,结果表明,该模型收敛速度快、预测精确度高,是求解掘进工作面风温预测模型的最有效方法之一。