多参数耦合条件下矿井火灾数值研究

为研究多参数影响条件下矿井火灾的发展规律,采用火灾模拟软件FDS考察了巷道发生火灾时,各参数变化对其通风的影响。结果表明：在火源功率由180 kW增大至1 800 kW时,巷道顶部温度值由45℃上升至200℃;在不同巷道倾角下的巷道顶部温度平均在75-80℃,说明巷道倾角对巷道顶部温度影响很小。随着巷道通风速度由0.5 m/s增大至3 m/s,巷道最大气流速度由4.60 m/s增大至5.15 m/s,上风向巷道速度分布均匀,不易产生回流,下风向巷道速度分布较杂乱,烟气分层被破坏。该研究成果对矿山防火有重要的实际意义。     

巷道火灾数值模拟研究

为研究水平巷道、水平-上行组合巷道、下行-水平-上行组合巷道(编号分别为1~#、2~#、3~#)在不同的通风条件下,巷道火灾发生时烟气温度、烟气流动的变化规律,采用FDS软件分析了3种巷道的温度与烟气变化规律。研究表明:(1)在通风速率为0时,顶部温度1~#巷道2~#巷道3~#巷道;通风速率为1 m/s时,顶部温度3~#巷道1~#巷道2#巷道;(2)在通风速率为0时,在1#巷道烟气流动均匀向上下游蔓延;2~#巷道在烟气蔓延至下游开口后,烟气流速不断增大,最终完全抑制烟气回流;3#巷道在烟气蔓延至上游开口后,烟气流速不断增大,最终完全抑制烟气向下游蔓延。     

倾斜采面煤壁涌出瓦斯分布的数值模拟及分析

为了分析倾斜工作面瓦斯分布规律,结合工作面具体情况建立分析模型,设计采用工作面倾角为12°,风速分别为1.5 m/s、1.0 m/s、0.5 m/s时,回风巷瓦斯浓度为0.4%、0.6%、1.2%;巷道倾角分别为30°、12°时,上下行通风条件下瓦斯分布情况。研究结果表明,无论上行还是下行通风,工作面的瓦斯浓度总是沿着风流方向逐渐增大,直至回风巷口达到稳定;在风速相同、煤壁涌出瓦斯量相同时,采用上行通风方式,巷道中的高瓦斯区(瓦斯浓度>0.8%)比下行通风方式要大;在上行通风方式下,倾角越大,顶板瓦斯浓度就越高,高瓦斯区域就越大;下行通风方式下,倾角越大,顶板瓦斯浓度就越低,高瓦斯区域就越小。     

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。     

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。     

基于Pyrosim的风速对矿井火灾蔓延规律影响研究

为探究风速对矿井火灾蔓延规律的影响,提升矿井火灾的人员逃生率,采用Pyrosim火灾仿真模拟软件,仿照矿井巷道构建模型,按照矿井火灾的特点设置火源及反应类型,分别在风速为0.5 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4m/s和5 m/s 6种工况下进行数值模拟。模拟结束后,对数值模拟的温度及烟雾浓度数据进行处理分析,并采用Tecplot数值模拟可视化分析软件对切片进行分析。得到3 m/s风速下各监测点稳定温度随监测点距火源距离的增大先快速降低后缓慢升高至稳定,温度的下降速度较其他工况快,且稳定温度在人的承受极限内;各工况下监测点稳定温度随距离的曲线拟合呈幂函数分布,且系数与风速呈二次函数关系;3 m/s风速下稳定烟雾浓度相比于其他工况的稳定烟雾浓度低。得出:3 m/s左右的风速最利于矿井火灾人员逃生,且最经济;矿井外因火灾稳定温度与火源距离和风速间的函数公式。     

坡度对上行通风火灾影响的数值模拟

为探究上行通风时巷道坡度对矿井巷道火灾烟气流动的影响规律,应用火灾动力学模拟软件Pyrosim建立巷道线火源延燃模型,并依据美国职业安全与卫生研究所的全尺寸巷道火灾试验对模型参数有效性进行验证。基于以上参数,以山西省晋煤集团成庄某回风巷道为背景,建立了不同坡度上行通风巷道模型,对其火灾时期产生温度场和压力场进行数值模拟,分析巷道内部温度和压力分布,以及烟气蔓延规律。模拟结果显示:上行通风时巷道坡度增大,可使火灾初始蔓延速率加快,抑制烟气逆流的临界风速变小,同时火灾高温区域向下风侧偏移,温度整体下降,进出口压差增大。     

基于FLUENT的掘进作业面通风降温数值模拟研究

掘进作业面是矿山开采的主要工作面之一,研究高温矿井掘进作业面通风降温,可为井下深部开采通风系统的设计提出理论依据。根据空气动力学、流体力学和传热学等理论,利用FLUENT软件,在不同送风风速下对巷道内的温度场的分布进行数值模拟研究。结果表明,送风风速是影响巷道内温度场分布的重要因素之一,巷道围岩温度为35℃,在入口风温为20℃,风速为6 m/s,模拟得到掘进迎头处的温度在26℃左右,在距离掘进2 m的区域内的温度都在28℃以下,基本满足安全规程要求,当风速增加到10 m/s时,可更有效的带走迎头岩壁的热量,通风降温效果越好。     

风流影响下的综掘工作面温度湿度场特性数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)和矿井通风理论,以田陈煤矿7309综掘工作面为研究对象,建立了单一压入式通风系统条件下的综掘工作面几何模型。采用FLUENT软件对不同供风速度下综掘工作面三维空间内风流场、温度场及湿度场的分布特性及变化规律进行数值模拟。模拟结果表明:增加供风量对降低巷道温度有一定的作用,但对巷道内的湿度影响较小,当压风筒出口风速为16 m/s、风量为480 m3/min时,综掘巷道内的温度低于26℃,综掘机附近工作区域相对湿度保持在40%~57%之间,此时的供风参数满足煤矿安全规程要求。     

矿井带式输送机火灾蔓延规律数值模拟研究

为了掌握运输巷火灾蔓延及烟气运移的规律,基于12 m×0.7 m×0.9 m的矿井巷道火灾模拟实验台,建立了尺寸为11 m×0.5 m×0.4 m的FDS相似模型;设定火源功率:Q=2.51 kW,风速范围:0~0.8 m/s,利用FDS相似模型分别模拟火灾演变过程巷道内的温度场分布情况、烟气运移情况及带式输送机火灾蔓延情况。结果表明:纵向通风是改变巷道火灾温度场分布与烟气扩散的主因,火灾平均蔓延速率与风速成正比,风速对带式输送机火灾的温度场、烟气扩散及火灾蔓延速率影响显著。     

通风换气对煤矿井下电缆巷火灾影响分析

为研究不同通风换气次数对煤矿井下电缆巷火灾的影响,基于FDS火灾模拟软件建立了某电缆巷全尺寸模型进行火灾模拟。模拟共设置四种通风换气次数工况,通过数值方法求解热驱动的低流速N-S方程得到了各工况下的电缆巷火灾烟气分布云图、空气浓度分布云图及火源点顶棚温度变化,确定了逆风侧最远通风距离与通风换气次数的关系式,并计算得到火源逆风侧最小烟气扩散距离为50.8 m。模拟结果表明,在通风逆风侧,风速小于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而增大,风速大于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而减小;逆风侧由于上部区域烟气含量更高,并受气流阻挡作用仍在不断堆积,而下部烟气含量较小,随风流向顺风侧蔓延,扩散作用明显,从而形成逆风侧同截面上下部空气含量差距较大、顺风侧空气含量分布较为均匀的情况;通风换气次数对于火源顶棚达到稳定温度所需时间无明显影响,但对其温度大小有一定影响,火源顶棚稳定温度与通风换气次数大小呈现反比趋势。研究结果可为工矿区电缆巷的火灾防治提供参考。     

基于移动火源的隧道拱顶温度分布规律实验研究

为掌握行进中的着火机动车对隧道拱顶温度场分布的影响规律,以公路隧道为原型建立了1∶20小尺寸实验系统,在隧道自然通风条件下,模拟了移动火源以0.5,0.8和1.0 m/s等不同速度在隧道中行进、停止直至熄灭的火灾过程。研究了移动火源进入隧道后的隧道温度场及火灾过程中隧道拱顶沿纵向温度分布特征、测点温度峰值及梯度变化等规律。研究结果表明：① 当火源行进速度为0.5 m/s时,燃烧更加充分,隧道拱顶温度达到峰值,比其余两组高40和50 ℃;② 移动火源的存在,打破了顶棚射流拱顶热烟气与下部冷空气的对流循环动态平衡,减弱了热对流效应,使得隧道内温度降低更缓慢。     

矿山通风网络火灾的计算机仿真模拟

应用矿山通风网络火灾模拟软件对矿山井下的水平巷道火灾和倾斜巷道火灾分别进行了全网络的计算机仿真模拟,得出了火灾烟流侵入巷道的时间和温度、人员在通风网络中逃生的避灾路线、火灾期间烟流滚退现象发生的临界风速、烟流滚退的距离及救灾决策要点等结果。仿真模拟结果表明：该软件的计算结果可靠、界面友好、功能实用,可作为矿山防灭火工程性能化设计的重要手段。     

深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系研究

为探索巷道风流性质与围岩调热圈参数的匹配关系,依托广西铜坑矿锌多金属矿体,利用ANSYS软件开展深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系单因素及多因素正交数值模拟研究。研究结果表明:风流温度每升高1℃,围岩调热圈半径减少0.6 m,温度升高约0.2℃;调热圈温度对风速、相对湿度均不敏感,调热圈半径随风速、相对湿度都呈先增加后不变的趋势,两因素分界点分别为速度5.0 m/s,相对湿度70%;以调热圈半径为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K、速度7 m/s,相对湿度70%或90%;以调热圈温度为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K,速度7 m/s,相对湿度70%。研究成果可为高温矿山通风降温方案的优化选择提供参考。     

某矿通风阻力测定及降阻措施

通过测定与分析,了解矿井通风分布的合理性,进而为通风系统调整以及通风管理提供可供借鉴的基础资料。同时,测定各项涉及巷道风阻参数,为改善矿井通风系统,减少通风阻力,降低矿井通风机的电耗以及均压防灭火提供依据。     

矿井乏风余热回收和除尘实验研究

煤矿在开采的过程中会产生数量巨大的低温热源,如果能合理利用,将产生丰厚的经济效益和环境效益。设计了矿井乏风余热回收净化系统,采用多级喷淋对矿井乏风进行显热回收并除尘。实验研究各级喷淋换热效率及除尘效率,并分析其影响因素。实验结果表明:当整体水气质量流量比为0.649 8、单级水气质量流量比为0.324,且环境温度为17℃时,乏风两级喷淋后水温可以升高约3.4℃,喷淋室风侧换热总效率为82.72%;乏风温度越高,各级换热效率越高;乏风湿度越大,各级换热效率和换热总效率增加,但湿度超过70%后效率变化不明显;乏风速度增大,各级换热效率降低;喷淋室入口水温升高,各级换热效率降低;随着风速的升高,除尘效率降低。当风速1 m/s时,喷淋室的平均除尘效率约为55%。     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

获各琦铜矿利用采空区及废旧巷道预热冬季入风流的研究

获各琦铜矿利用地温预热的原理,设计了冬季井筒防冻通风系统。该预热系统经过一年多的运行,采空区及废旧巷道可使约63m^3/s的冷空气由-26℃预热到+2℃以上,有效地降低了冬季期间进风井的预热压力及预热成本,节省了大量能源消耗。在实践上证明了利用采空区及废旧巷道预热冬季入风流在技术上的有效性、经济上的合理性和安全上的可靠性。     

复杂矿井火灾烟气蔓延三维仿真研究

为研究灾变发生对矿井的影响,以通风系统三维仿真模型作为平台,基于通风网络解算模型和烟流蔓延参数模型,分析了风速、风向、火灾温度和烟流浓度的动态变化,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟流浓度分布的动态模拟,并将其在三维平台上展示出来。并以国内某复杂矿井为例,探究火灾发生时烟气蔓延情况。研究结果表明,选取复杂矿井为例进行建模及火灾点设置,模拟了烟流的影响范围和到达时间,验证了三维平台的可靠性;通过模拟得到,上行通风火灾风流紊乱会造成旁侧支路风流逆转,而且相邻采面经历了风量逐渐减小、停止和反向的变化,烟流会通过2个回风巷道排出,污染多个回风巷道。