基于Fluent综放工作面移架作业粉尘运移及浓度变化规律模拟

以高庄煤矿3上1109综放工作面为例,根据气固两相流理论,采用Fluent软件模拟了移架风速、产尘源高度和产尘源浓度变化时粉尘浓度的变化规律。研究表明,粉尘浓度随着风速的增大呈减小趋势,处于紊流区的粉尘浓度受风速影响较小;同一位置处粉尘浓度随着产尘源高度的增大而减小,处于紊流区的粉尘浓度受产尘源高度影响不大;只改变产尘源的质量流率,沿z轴方向粉尘浓度变化趋势一致;由于处于紊流区的粉尘受影响比较大,与煤壁距离不同位置处粉尘浓度变化情况不同。数值模拟粉尘浓度变化规律与现场采样结果相吻合。综合考虑风速和尘源质量流率的影响,研究了移架作业粉尘浓度沿程分布的拟合函数。     

煤炭堆场起尘影响因素研究

通过一系列试验研究,监测分析了风速、含水率、煤堆高度、装卸方式等因素对露天煤炭堆场起尘的影响,结果表明当风速为2～3m/s,煤堆表面的含水率在6%～8%,煤堆高度在14m以下时,同时控制装卸作业落差,并对重点部位进行喷水抑尘,可有效控制煤炭颗粒起尘。     

基于数值模拟的综采面空气幕隔尘参数优化

为了获取综采工作面隔尘空气幕的合理设计参数,提高其隔尘效率,改善作业环境,以平煤八矿1240综采工作面为研究背景,利用计算流体力学软件Fluent6.3,对不同的空气幕出口风速和出口宽度下综采工作面空气流场及空气幕两侧的粉尘浓度分布进行数值模拟,研究确定空气幕最佳隔尘效果时的参数。研究结果表明:对于所研究的工作面,当出口风速为4 m/s,出口宽度为30 mm时,空气幕隔尘效果最佳,此时司机侧粉尘浓度最低。     

顺煤层钻孔空气雾化捕尘的理论研究

为了更好地解决顺煤层空气钻进细微煤粉污染问题,研究了空气雾化钻进孔内细微水雾捕尘机理,分析了雾粒大小和风速对捕集煤粉效果的影响。采用CFD有限元软件中DPM模型对7种工况流场进行了模拟,分别对不同工况下小于50μm的雾粒占比和捕尘效率进行了分析。研究结果表明:风速在23 m/s下,水的质量流量为0.25 kg/s左右时,捕尘效果最好。     

8m大采高综采工作面风流及呼吸尘分布规律数值模拟

针对大采高综采工作面风流及粉尘分布规律不清的问题,基于标准k-ε湍流模型和离散相模型,采用gambit软件建立了8 m大采高综采面顺、逆风割煤时的几何模型,并采用fluent软件模拟出在1.2 m/s的入口风速下巷道中风速及呼吸尘浓度分布情况。结果表明:采煤机正上方2～3 m范围形成了风速大于2 m/s的高风速区,高风速区在采煤机下风侧发生偏移,且高风速区在逆风割煤时比顺风割煤时约长30 m。采煤机机身上方1～2 m范围形成了浓度大于250mg/m3的高浓度呼吸尘区,横向扩散导致人行道3～5 m高度内呼吸尘浓度较大,且顺风割煤时影响区域更大。在采煤机下风侧呼吸带高度、呼吸尘浓度由煤壁向人行道方向减小,且顺风割煤时对人行道污染更严重。移架时产生的呼吸尘主要集中在顶部空间运移,且不易沉降。     

高风速综采面采煤机产尘运移规律及防治技术

在分析采煤机割煤产尘特点的基础上,根据两相流理论建立采煤工作面粉尘运移的离散相数学模型,设定不同的边界条件,得到不同巷道风速情况下采煤机逆风割煤时前滚筒垮落产尘时粉尘浓度的分布,并分析得到高风速综采面采煤机产尘的运移规律。据此有针对性的开展采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术的研究,并在实验工作面进行现场应用,结果表明,降尘效率可以达到90%。     

气动旋转射流风幕风速空间分布与控尘性能研究

摘要：为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布规律和控尘性能。研究结果表明：射流风速20-30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布规律随射流风速的增大逐渐提高且风幕形成度越好,同时形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较高的衰减率规律,相似实验与数值模拟具有较好的相似度;最佳控尘射流风速为30m/s,测点1全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点2分别降至121.4mg/m3和30.3 mg/m3,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。     

抽尘管道粉尘沉积参数化数值模拟研究

针对抽尘管道中粉尘沉积的现象,建立了粉尘在抽尘管道中的沉积-回弹模型,并基于计算流体力学,采用标准k-ε模型,利用VB.NET对Gambit及Fluent流体计算软件进行封装,编制了抽尘管道粉尘沉积参数化计算软件。通过该软件对风速及粉尘粒径对粉尘沉积规律的影响进行了计算。计算结果表明,抽尘风速越大,粉尘沉积率越小,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越远,当抽尘风速达到16 m/s以上时,最大粉尘沉积率减小到了5×10~(-5) mm/s;粉尘粒径越大,粉尘沉积率越大,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越近,当粉尘粒径到90μm时,最大粉尘沉积率达到了6×10~(-4) mm/s。     

用空气幕阻止粉尘向采煤机司机工作区扩散的模拟实验研究

利用相拟模拟实验方法，对综采工作面煤机工作时粉尘在工作面中的扩散规律进行了考察；发现粉尘向工作面下风侧扩散时，其扩散角受工作面的风速影响很大，工作面风速越小，粉尘的扩散角越大；同时，在实验室制作了４种喷口宽度不同的实验空气幕，利用这些空气幕，在给定不同的喷口风速条件下，对采煤机上隔尘空气幕的隔尘效率与空气幕的设计参数之间的关系进行了探讨，得出了空气幕的最佳喷口风速、喷口宽度。其结论对现场试验用空气     

综放工作面多尘源粉尘扩散规律的相似实验

为了掌握综放工作面多尘源粉尘扩散分布规律,运用相似理论和气固两相流方程,导出了综放工作面相似准则数,设计出相似实验模型,模拟风速为1.0,1.5,2.0,2.5 m/s,含水率为1.69%,2.63%,3.83%,4.87%下割煤、移架、放煤、转载以及多工序作业粉尘扩散。研究表明：风速对各尘源的影响较大,但影响结果不同,实际最佳控尘风速为1.5 m/s;煤尘含水率对粉尘扩散影响比较显著,最佳含水率不宜低于3.8%;多尘源粉尘浓度分布叠加效应十分明显,在实际防尘中需要采取单点防降尘和多点防降尘相结合的措施。     

抽出式通风风速分布数值模拟

为研究抽出式通风除尘的影响因素,采用Standard k-ε计算模型,数值研究了风量、风筒直径对煤矿巷道抽出式通风风速分布的影响,将抽出式通风巷道划分为:无效区、抽尘区、阻尘区。结果表明:抽出式通风除尘吸程选取应小于4 m,风筒直径不是抽出式通风除尘的主要影响因素;风量是决定抽尘区、阻尘区巷道断面平均风速大小的主要因素,风量大小对无效区影响可忽略。     

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...     

通风除尘和风流速度关系的试验研究

在试验巷道中，试验了风速在（０ ．７ ～２ ．１） ｍ／ｓ 的状态下的风流排尘能力，考察了不同风速下粉尘浓度和粒度的沿程变化规律，定量分析了风流排尘能力与风速、尘源位置的关系。     

基于FLUENT的进路式采场通风优化控制

针对进路式采场通风困难、局扇能耗高、最优排尘风速难以确定等问题,基于气体运动和求解理论建立了进路式采场通风仿真模型,通过FLUENT软件进行了数值模拟。研究了采场进路安装局扇与不安装局扇时,不同的出矿巷道风速对采场进路风流的影响,结果表明:采场进路未安装局扇时,随着出矿巷道风速减小,采场进路通风状况急剧恶化;安装局扇后,采场进路的通风状况受出矿巷道风速影响较小。在满足通风安全生产要求的条件下,通过优化局扇风速,可降低通风成本。研究结果可为优化进路式采场通风参数、降低局扇能耗提供理论指导。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

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。     

炮掘工作面粉尘防治技术研究

针对炮掘工作面粉尘污染严重的问题,分析研究了炮掘工作面产尘规律及含尘气流时空演化规律,得出炮掘作业最优排尘风速为0.30~0.40 m/s,并结合彝良许家院煤矿4301炮掘工作面的产尘特点和风速条件,提出采用高效水炮泥、高压喷雾降尘及粉尘质量浓度超限喷雾降尘等综合防尘措施,从源头对粉尘进行控制和治理,同时切断粉尘扩散途径,综合降尘效率达到85%以上,取得了较好的降尘效果。     

黏结式隔尘帘降尘效果试验研究

设计制作了多面空心球体隔尘帘、多孔旋转球型悬浮填料模型隔尘帘和混合型隔尘帘3种隔尘装置。并对3种隔尘帘加入黏尘剂进行现场试验:混合型隔尘帘效果较好,平均隔尘效率为44.05%,经第4道隔尘帘后呼吸性粉尘浓度降为12.71 mg/m3,风速在1.61 m/s左右,满足最优排尘风速要求;通过计算单个球体载液量及单位时间黏结剂溶液的减少量,结合现场实测,确定混合型隔尘帘的清洗周期为40 h。     

急倾斜综放工作面不同工序产尘规律的数值模拟及应用

为了掌握急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤等不同工序作业时粉尘浓度的分布及变化规律,获取合理的通风除尘设计参数,基于气固两相耦合模型,以急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤三大尘源的粉尘运动为研究对象,根据干粉粒度仪的测定结果设定各尘源参数,运用Fluent对各尘源的产尘浓度分布规律和工作面三维空间风速场进行数值模拟,并与现场实测的粉尘浓度相对比。结果表明：数值模拟与实测数据基本吻合;倾角大的工作面粉尘顺风飘移的距离比缓倾斜工作面更远;模拟结果表明在通风除尘设计中,最优排尘风速以2.6 m/s左右最为合适,采煤机司机处粉尘浓度约650 mg/m3,采煤机下风侧20 m粉尘浓度降至300 mg/m3以内;在液压支架安装侧吸式引射喷雾除尘器,并结合放煤板喷嘴喷雾,可明显提高放煤时的降尘率。     

基于压气控尘-环缝引射技术的钻孔干式除尘装置研究

针对目前煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔采用空气复合定向钻进技术存在控尘及除尘难的问题,提出了1种孔口压气控尘、环缝引射干式除尘的新技术,并采用试验、数值模拟等方法对钻孔压气控尘结构和参数、除尘器动力部件及分级除尘技术进行研究。研究结果表明:当钻孔排渣压力为0.3 MPa,控尘压力为0.5 MPa时,控尘效率达99.61%;旋风除尘装置的过效率达到了92.9%以上,阻力≤620 Pa;布袋除尘器过滤风速在1.1 m/s时,除尘效率达99.95%;现场应用效果表明,在碎软煤层定向钻孔施工过程中,周围1 m内的粉尘降尘达99.3%以上。