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。     

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。     

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%。     

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。     

综掘工作面粉尘扩散与不同粒径粉尘的沉降规律研究

采用理论分析、数值模拟和现场测试等方法,通过建立的煤矿综掘工作面三维数值模型,数值模拟研究了综掘工作面粉尘运移及沿程分布规律,基于滤膜计重法现场测试了综掘工作面的粉尘质量浓度,并从粉尘粒径的角度出发,对现场采集的滤膜粉尘进行了粒度分析。研究结果表明:综掘工作面粉尘主要集中在距工作面端头5 m的区域内,粉尘在风流作用下主要沿回风侧煤壁和掘进机机身之间、掘进机机身与巷道顶板之间向端头后方运移;可将综掘工作面粉尘的沿程沉降划分为急速沉降区、中速沉降区和慢速沉降区;粒径大于50μm的粉尘易在掘进机司机前方沉降;粉尘沉降过程中的"拐点粒径"为40μm,小于"拐点粒径"的粉尘在巷道中不易沉降。     

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。     

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。     

综掘面粉尘运移规律数值模拟及实测研究

对山西虎龙沟煤业有限公司1016掘进工作面进行数值模拟,研究了风量为400m3/min,风筒悬挂于巷道壁左上角,风筒直径为0.8m时巷道内的粉尘运移规律。研究显示:掘进工作面粉尘浓度最高;巷道回风侧粉尘浓度较进风侧高;距掘进工作面30m位置处,粉尘分布均匀。现场实测数据对比得出数值模拟结果的准确性。     

高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染，提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力，推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型，根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面，高浓度粉尘污染效应，并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明：海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变，粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关，竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布，且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区，涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速，隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“?字型”运移，隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降，小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧...     

综掘工作面粉尘运移规律与防尘技术初探

为优化辛置煤矿10-430B1巷综掘工作面的作业环境,拟采用数值模拟与现场实测相结合的方式对该工作面粉尘运移规律进行分析;基于分析结果,掘进工作面高粉尘区域主要集中在回风侧区域,在距离掘进工作面4～6 m的位置区域粉尘浓度较高;基于粉尘运移规律,综掘工作面拟采用产尘源治理、粉尘运移过程治理、粉尘个体防护相结合的多级防尘技术;采用多级防尘措施后,数据表明,在距离掘进工作面20 m范围内,粉尘浓度均在120 mg/m3以下,多级防尘技术的降尘效率在80％以上,降尘效果显著.     

大采高综采工作面粉尘运移分布规律及机载除尘器关键工艺参数研究

为了更详细了解大采高工作面分区尘源粉尘运移分布规律,以补连塔煤矿12511综采工作面为研究对象,利用流体力学CFD软件对8 m大采高综采工作面粉尘运移分布规律进行数值模拟研究。结果表明:由垮落煤层产生的粉尘在风流的作用下向采煤机后方扩散,高浓度粉尘团运动最高点可达5 m,且沿程粉尘质量浓度逐渐降低。高浓度粉尘团主要集中在采煤机前后10 m范围及底板靠挡煤板一侧,最高粉尘质量浓度可达3500 mg/m^3。为了有效降低工作面粉尘质量浓度,防止污染井下工作环境,提出在大采高工作面安装机载除尘器的方法来控制尘源处粉尘向人行侧扩散,达到净化作业场所的目的。通过研究除尘器吸尘口位置、处理风量对工作面粉尘运移分布规律及降尘效果的影响,得出大采高工作面最优降尘效率的吸尘口位置及处理风量适配组合,最大降尘效率可达到99.9%。     

受上下错位工作面采动影响的瓦斯抽排巷变形时空规律模拟研究

为更直观地揭示一巷多用巷道受上下错位工作面开采影响而产生变形的时空规律,采用数值模拟和跟踪测试分析的方法,对17181（1）瓦斯集中抽排巷在巷道掘进期间,与其上下间距30~35 m,水平错位32~52 m的斜下方17181（1）工作面和斜上方17111（3）工作面回采期间3个时间段,进行了数值模拟研究和现场测试分析,对此类工程条件下巷道围岩在时间和空间的变形规律进行了系统总结,明确指出下错位工作面回采过程中覆岩内的应力集中与发散传递形成了应力拱,抽排巷周边应力分布及围岩变形均呈现出非对称性的特征;下错位工作面推进约1倍工作面宽度距离时,抽排巷围岩位移才基本稳定,是上部巷道维护的最佳时机;上错位工作面回采对瓦斯抽排巷的超前影响距离为100~200 m,滞后影响距离为170~200 m,抽排巷有整体下沉趋势。下错位工作面回采对抽排巷影响更为明显。     

综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果分析

为了确定综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了压风口与工作面不同距离时风流与粉尘流场运移规律,结果表明：压风气幕的形成主要由压风涡流风流场与工作面距离决定,若涡流风流场与工作面距离大于抽风口与工作面距离,可在压风口与抽风口间形成风流方向均指向工作面的压风气幕,压风口与工作面距离越大,涡流风流场与工作面距离越大,越利于形成压风气幕;数值模拟确定了50 mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离随压风口与工作面距离变化的数学关系式;现场实测也显示,压风气幕阻尘效果明显,压风口距工作面30 m时,形成的压风气幕使距工作面10 m断面测点的粉尘浓度降至19.2 mg/m3,有效提高了除尘风机抽尘量,降低了现场粉尘浓度。     

三软煤巷掘进工作面应力集中数值模拟分析

针对三软煤层特殊地质条件下煤巷掘进工作面前方应力分布规律不清的问题,利用COMSOL软件对三软煤层煤巷掘进工作面建模,选取相似参数,研究巷道周围应力集中宽度。分别开挖5,10,15 m的距离,观察应力云图和应力变化曲线,同时分析工作面前方煤体Y方向应力图及沿路径Y方向应力变化曲线,得出掘进工作面前方卸压区范围为0~2 m,应力集中范围为2~20 m,峰值距工作面4~6 m;巷道两侧卸压区范围为0~2 m,应力集中范围为2~16 m,峰值距工作面4~5 m的结论。通过煤巷掘进工作面应力集中范围数值模拟分析得出的结论,能够为巷道两帮顺层钻孔封孔长度及锚杆支护的深度提供理论依据。     

全岩机掘面压风空气幕封闭除尘系统的研究与应用

分析了掘进工作面压风空气幕的形成机制,并采用k-ε双方程模型建立了单相风流流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用FLUENT软件对全岩机掘面压风口距掘进头不同长度时形成空气幕的状况进行了数值模拟,结果显示,随着压风口距掘进头长度的增大,压风形成覆盖巷道整个断面空气幕的能力不断增强,压风口距掘进头30 m时,在距掘进头约8.7 m的位置即可形成1.62 Pa的空气幕,是形成压风空气幕的最佳距离。设计了压风空气幕封闭除尘系统,在唐口煤矿南部回风大巷全岩机掘面试验了该系统压风口距掘进头分别为10,20,30和35 m时的除尘效果,数据表明,应用4种方式后,现场的粉尘浓度均有了明显降低,尤其压风口距掘进头30 m时,效果最为明显,全尘和呼尘的降尘率分别高达95.1%和96.1%,这与数值模拟结果一致。     

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。     

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进,采用FLAC2D分别对煤层距巷道底板5,10 m时的情况进行了数值模拟,研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律,结果表明:煤层距巷道底板5 m时,前方5~20 m为煤层应力集中区;煤层距巷道底板10 m时,其应力集中区在10~25 m,其应力峰值处在煤层距巷道底板5 m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况,建议煤层距巷道底板5 m时必需采取防突措施,防突长度为掘进工作面前方20 m,并进行了合理的钻孔设计。     

不同吹吸风口位置掘进面粉尘扩散规律数值模拟研究

根据气固两相流理论,针对井下掘进工作面前抽后压混合式通风的特点,采用计算流体力学的离散相模型（DPM）对不同吹吸风口位置掘进通风工作面的粉尘扩散规律进行了数值模拟研究．研究结果表明,在抽风量和压风量不变的情况下,改变吹吸风口位置,掘进工作面的粉尘浓度场也随之发生变化,吸风口和压风口离掘进头太近或太远,都不利于控制粉尘扩散和通风排尘,对于断面为8m。左右的掘进工作面,吸风口距离掘进头2—2．8m位置,吹风口距离掘进头18～22m位置,通风效果较好．