掘进作业面压入式通风温度场数值模拟

依据空气动力学、流体力学和传热学等相关理论并结合矿山实例,利用Fluent模拟软件分别在单风筒、双风筒两种不同压入式通风方式下,对巷道内的温度场在多种送风风速、风温情况下的分布规律进行数值模拟研究。结果表明,双风筒压入式通风较单一压入式通风更优,并且距离掘进面较远部分的巷道低温区更广,风温低于28℃的区域占2/3;同时在掘进面附近,双风筒压入式要比单风筒压入式温度低1℃~2℃,风流分布更均匀;入口风速能影响巷道内温度场分布,当巷道风速超过0.5 m/s,其降温效果不再明显;掘进面的温度会随着入口风流温度的降低而逐渐下降,且两者呈很强相关性。     

压入式局部通风掘进巷道内热环境数值模拟研究

采用三维k-ε紊流模型,利用Fluent软件模拟了2种风筒送风方式下,压入式局部通风掘进工作面风流与巷道围岩的热交换过程,得到了掘进巷道内速度场、温度场以及人体热舒适指标(PMV～PPD)分布图.计算结果表明,边长为0.7m的风筒、风速6m/s和空气温度20℃的送风方式,较其它送风方式能为矿工提供更好的热舒适工作环境;在掘进巷道同一截面不同高度的温差小于3℃;在掘进巷道内人体活动区域预测平均投票数平均值低于0.5,预测不满意百分数平均值小于20%,靠近掘进巷道侧风速较大,人体有吹风感.在满足人体热舒适的条件下,采用较大直径送风筒和相对较低的送风速度的送风方式有利于气流组织对有害物质的稀释和排出.     

高地温深部矿井巷道通风联合喷雾降温控制技术研究

:为解决矿井巷道高温环境危害,采用理论分析、数值模拟及现场应用效果分析等方法,研究高地温矿井温度场分布,同时模拟分析不同通风风速和通风温度对矿井环境温度的影响,并对喷雾降温效果进行分析,研究结果表明:提高通风风速能有效降低矿井环境温度,风筒出 口 速 度 为 ４ m/s时,通风降温效果最好,通风速度v 与巷道内温度T 变化存在关系为T＝３００．７９v－０．００４(R２ ＝０．９９);降低通风温度能够在增加通风风速的基础上进一步起到降低环境温度的效果,通风温度设置为２８８K 时,可以满足现场巷道掘进面处通风降温的要求;按照模拟确定出的最佳通风参数进行现场通风调整,监测发现巷道开挖面处的最大降温值可以达到１０．１６K,最高降温率为３．３８％,采取通风及喷雾降温方式,可以确保距巷道掘进面５m 内的降温效果,有效缓解了高地温环境对作业人员的影响.     

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。     

建井期间平巷冷风输送系统的冷损失

建井期间平巷掘进工作面局部降温系统多采用非保温风筒长距离输送冷风的方法,输送距离可达600 m。由于距离长输送过程中的冷量损失占总制冷量的比重较大,是影响降温系统投资、设计、运行管理的关键因素。为解决该项冷量损失的计算问题,针对建井期间水平巷道的掘进与通风系统尚未贯通的特点,基于风筒内、外风流及风流与围岩间热能的输运与守恒关系,构建了风筒内、外风流温度场的微分方程组;并将巷道内随通风时长变化的不稳定换热系数解析为沿巷道长度变化的空间分布函数,通过数值计算得到了风筒内外温度场的分布及输送过程中的冷量损失。进一步结合工程案例现场实测的结果,分析了降温系统送风风筒入口风温、通风时间与送风距离、送风量等主要设计参数对风筒、内外风流温度场及输送冷量损失的影响。并通过理论计算对比了该案例在通风时长为0,30,90,120,150 d,送风量为300,330,360 m³/min,送风入口风温为16,18,20℃时系统的运行特征,结果表明围岩与风流的不稳定换热系数随通风时长增加而减小,并在通风90 d左右后基本达到稳定;受不稳定换热系数变化的影响,风筒内风流的温度沿风流方向增加...     

综掘巷道抽出式通风粉尘运移规律仿真模拟研究

巷道掘进过程会产生大量粉尘,为了防止粉尘扩散污染巷道,采取计算机数值模拟方法,运用欧拉-拉格朗日法下的DPM模型对抽出式通风除尘进行仿真研究,分别对抽出式通风方式下的风筒抽风口距掘进面距离以及抽风筒风速进行仿真模拟。结果表明：在综合考虑的情况下,当风筒口距离掘进面5 m,抽风筒风速为8 m/s时,粉尘整体浓度和扩散范围都相对较低,除尘效果较为理想。     

掘进巷道风流流场和温度场数值模拟

针对长距离掘进巷道仿真模型中长度与高度、宽度比例不协调的问题,选取永川煤矿掘进工作面及附近50 m巷道区域为研究对象,采用CFD软件对巷道风流流场及降温前后温度场的分布及变化进行了模拟分析,结果表明:掘进工作面及巷道内风流速度整体上以风筒出口为界分为高速风流区和低速风流区。高速区风流速度较大(5~10 m/s),流场结构复杂并且衰减明显;低速区风流速度较小(1 m/s左右),衰减变化不明显。掘进巷道及工作面温度受风筒出口风流温度影响较大,容易产生巷道里端冷、外端热的风流"回头热"现象。掘进工作面及巷道流场模拟结果与实际吻合程度较高,但温度场模拟结果与实际有一定的差距。     

独头掘进巷道排尘通风参数的数值模拟优化研究

独头掘进施工时的连续凿岩作业产生的矿尘持续危害作业面施工人员的身体健康。为了优化某地下工程大断面独头掘进巷道的排尘通风设计,根据巷道实际尺寸建立了几何模型,采用CFD数值模拟方法研究了通风风量和风筒出风口到工作面距离对巷道内粉尘浓度分布和排尘效果的影响。结果表明:风筒出风口至工作面的作业空间平均矿尘质量浓度与送风量存在负相关性;风筒出风口到工作面距离过短导致射流无法充分发展,对排尘效果不利;送风量高于国家标准计算风量时,可以适当增加风筒出风口到工作面的距离;为使人的呼吸高度平面和作业空间平均矿尘质量浓度均能保持较低水平,风筒出风口到工作面距离为11～15 m时为较优方案。     

综掘工作面粉尘浓度分布的数值模拟

针对矿井掘进工作面的特点,建立了与现场实际较符合的掘进巷道数值仿真模型;根据气固两相流理论,采用计算流体力学的离散相模型对长压短抽式通风掘进巷道中的粉尘运动规律进行了数值模拟,得出长压短抽式通风掘进巷道中粉尘质量浓度的分布规律:工作面附近区域的粉尘质量浓度较高,然后沿程逐渐降低;距离压入式风筒另一侧煤壁越近回风侧空间内的粉尘质量浓度越高。     

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。     

受限射流结构参数对通风流场影响的数值模拟

采用流体力学软件对掘进巷道工作面的通风流场进行了模拟研究,分析了风筒出口位置、出口风速、风筒出口距工作面距离和掘进巷道断面宽高比等掘进巷道受限射流结构参数对流场的影响。结果表明:风筒出口位于掘进巷道顶角利于增大射流的有效射程;在相同的风筒出口直径下,风筒出口风速对掘进巷道受限贴附风流中心轴线速度变化的影响不大;在风流有效射程范围内,风筒出口距掘进巷道迎头端面的距离对流场的影响不大;掘进巷道断面宽高比越大,对射流的贴附效应越好。     

抽出式通风风流运动及粉尘运移规律数值模拟研究

为直观地了解抽出式通风风流运动规律,建立物理模型,设置边界条件对抽出式通风条件下巷道风流运动及粉尘运移规律进行了数值模拟,分别研究了X,Y,Z方向的速度、压力分布规律和不同粒径粉尘运移轨迹,结果表明:巷道内风速0.54m/s,较为稳定,风筒内风速较大,为23m/s左右,这与实际情况非常吻合,在截面X=5.2m处巷道内的风流方向朝向掘进头,风筒内的风流方向则由风筒入口朝向出口。巷道内的风速在整个模拟区段内几乎保持恒定,没有较大变化,而风筒内的风速则变化较大,在入口处最大,达40m/s,之后逐渐减小,然后稳定在23m/s左右。整个巷道均为正压,风筒内是负压,在这两股压力的共同作用下形成稳定的通风风流,风筒入口处负压最大,而后负压逐渐减小,但很快就维持在比较稳定的状态。抽出式通风时粉尘扩散较少,掘进面产生的粉尘全部都被吸入负压风筒,抽出式通风时更有利于控制巷道中特别是司机位的粉尘含量,保护司机等掘进机周围工人的身体健康。     

布风器在掘进工作面通风除尘中的应用模拟

为了从控制风流的角度协同解决掘进面通风除尘难题,设计使用布风器将传统的压入式风筒轴向直吹机掘工作面的送风方式改为沿巷道壁的径向风流。使用数值模拟对比分析了有无布风器条件下掘进面的通风除尘效果,通过试验研究了布风器不同出口断面积、安装角度时的通风除尘特性,结果表明:基于布风器通风时,巷道中的风流呈现出明显的旋转,大部分风速与主体风速相同,离掘进面越远粉尘浓度越低,大部分粉尘都被隔绝在了抽尘风筒的入口处附近,只有少量粉尘逸散出来,巷道内粉尘浓度较低,工作环境较好。距掘进头2 m以内时,使用布风器的通风方式时巷道中呼吸带的粉尘浓度高于不加布风器,但之后降低,而且在距离5 m左右时下降尤为明显,由900 mg/m3下降为540 mg/m3,距离掘进头23 m以后,粉尘浓度降为100 mg/m3以下。布风器安装角度为30°,出口断面积介于0.5~0.6 m2时,风量稳定风阻较小,有利于除尘和排除瓦斯,使矿井通风除尘达到较佳效果。     

拉链式快速连接风筒在长距离掘进通风中的应用

针对长距离掘进工作面通风困难的问题,分析讨论了常见的6种局部通风方式,并给出了局部通风方式的选择方法,探讨了常见风筒的接头方式,提出一种新型拉链式快速连接风筒。利用数值模拟,对风筒内通风进行模拟,找到最佳的风速测点,并对拉链式快速连接风筒在转龙湾煤矿的23201掘进巷道进行现场测试。结果表明,利用新型拉链式快速连接风筒能够保障23201掘进工作面具有充足的风量,新型拉链式快速连接风筒明显优于普通风筒。     

掘进巷道除尘系统风筒参数的数值优化

通风除尘系统在掘进巷道中起着重要作用,而其风筒布置情况严重影响除尘效率,但因为实验投入大、风险高,所以CFD数值分析方法成为现场优化除尘系统布置情况的一种有力补充。因此针对某实际掘进巷道及其长压短抽通风除尘系统,基于ICEM软件建立了巷道三维模型并对其进行网格划分,然后运用FLUENT 15.0软件非稳态DPM模型对巷道长压短抽除尘系统的正、负压风筒参数进行了数值优化。结果表明,针对该实际巷道,当正压风筒出口、负压风筒吸口距掘进面距离分别为8 m和2 m;正、负压风筒距巷道底板高度分别为2.2 m和1 m;正压风筒直径较小时,掘进面附近除尘效率较高。     

压入式掘进巷道风流粉尘运移规律及最佳压风量研究

掌握巷道内风流场局部特征和粉尘运移规律是解决巷道粉尘严重污染问题的理论前提。本文运用数值模拟与现场实测相结合的方法,利用FLUENT数值模拟软件对掘进巷道单压入式通风条件下的风流流场分布及粉尘运移规律进行了研究,并通过改变压风量得到了通风控尘效果最佳压风量;最后,通过现场实测验证了模拟结果的准确性。结果表明：掘进巷道在单压入式通风条件下,风流场可分为射流区、涡流区、回流区3个区域,其中风流速度变化在流场中主要呈现为射流区风速衰减较快,涡流区风速较小,回流区风速衰减较慢;粉尘运移过程中受风流影响较大,回流侧的粉尘质量浓度高于风筒侧,质量浓度超过350 mg/m³的粉尘主要集中在掘进机前方、涡流区域及回流侧;提高风筒压风量在一定程度上可以提高通风控尘的效果,但压风量过大会造成巷道内二次扬尘,当压风量为1 400 m³/min时,控尘效果最佳。     

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。     

压入式通风掘进巷道粉尘悬浮运移规律研究北大核心

为改善煤矿掘进工作面产尘量高、煤尘浓度大、作业环境恶劣等问题,根据气固两相流理论,基于Fluent数值仿真软件,建立掘进巷道几何模型,并选用标准k-epsilon湍流模型以及离散相模型(DPM),对压入式通风掘进巷道在不同风筒出风口风速及风筒位置下的空气流场和粉尘悬浮运移规律进行数值模拟研究。结果表明:随着风速的增大,风流速度主要集中于压风筒下侧及其对角处,并在x=3 m处逐渐形成涡流区域;粉尘悬浮时间减短,巷帮及巷道顶底板捕捉粉尘量增大,巷道出口排尘速率及排尘量增大;随着风筒与工作面距离增大,粉尘扩散严重,悬浮时间增长,轨迹紊乱程度增加,巷道出口排尘量减小,影响了通风除尘效率。     

掘进巷道双风筒降温措施的研究

在非人工制冷降温的掘进工作面,利用双风筒供风是降低工作面风流温度的一个有效措施。根据风筒内、外内流相互制约的特点,分析了双风筒布置掘进巷道内的风流热力变化,并提出了计算方法和原理,依此编 制了计算机程序。利用该计算机程序分析了掘进工作面风筒内、外风流温度的变化规律,为高温掘进工作面的热源计算和通风降温提供了可靠的计算工具。