掘进工作面换热模拟研究

根据掘进工作面通风和换热特点,以掘进工作面冲击射流换热系数的影响因素关联式为基础,采用ANSYS软件,对特定巷道(中煤科工集团重庆研究院粉尘通风防灭火试验巷道,D已确定)不同风流雷诺数Re、风筒直径d、风筒出口距迎头断面的距离H以及边界围岩处于恒壁温条件下等840种组合情况进行了模拟。得出了掘进工作面冲击射流换热系数影响因素关联式的具体形式,其相关系数R2为0.937,可为矿井降温中围岩热源散热量的计算提供理论基础。     

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。     

短壁连采工作面通风系统设计及流场数值模拟

为保证常村煤矿4011连采工作面掘进回采期间的通风安全,结合矿井地质条件及目前巷道布置情况,对原4011工作面进行短壁工作面布置与通风系统设计,回采期间采用FBD6.3/2×18.5型对旋轴流压入式局部通风机对工作面进行通风,在4011运输平巷与4011回风平巷之间掘进回采支巷回收煤柱,形成生产系统;为加强巷道掘进通风管理,对局部通风系统流场进行Fluent数值模拟,结果表明,射流从风筒中射出后分为射流区、回流区、涡流区、循环涡流区,风流在支巷流动过程中以射流、涡流、回流等多个流体状态耦合存在,射流区对其周围空气有卷吸效应,射流前进过程中射流区的截面逐渐变大,当达到7 m时,断面出现收缩现象,因此,在掘进过程中,风筒出口与工作面距离小于10 m为宜。结果对保证工作面安全高效生产具有理论指导作用。     

氮氢混合气体单孔冲击射流换热实验研究

以氮氢混合气体为模化介质,研究了单孔冲击射流传热过程。主要考察了喷嘴与冷却表面的无量纲距离H/d,驻点雷诺数Re(5000相似文献   

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。     

掘进工作面压入式通风流场的数值模拟

由于井下作业的特殊性,掘进工作面必须应用局部通风系统。针对掘进工作面压入式通风,依据空气动力学、流体力学、紊动射流等理论以及风流流动特性,结合某矿山115m中段掘进面的实际情况,利用Fluent软件对掘进工作面的风流流场进行数值模拟研究。结果表明,风流流场存在附壁射流、冲击射流、回流以及涡流4个分区。风筒出口的射流区正下方小块区域和巷道顶部区域风速极低,这可能导致巷道内存在通风盲区,需对此处加强通风管理。     

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明：保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m³/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30～90 mg/m³,作业环境最佳。     

综掘工作面不同直径风筒下粉尘运移规律研究

为了研究风筒直径对煤矿掘进工作面粉尘运移规律的影响,选取采用压入式通风的山西某煤矿1105掘进工作面为研究对象,利用理论分析和数值模拟的方法,研究了风量为355m3/min的条件下,不同直径风筒(0.4~1.0m)供风时巷道内的粉尘运移规律。研究结果显示:在距离巷道左帮0.5~1.0m范围内,使用直径0.6~0.7m风筒供风时,呼吸带粉尘平均浓度较直径0.5m或0.8m风筒供风时降低了100mg/m3左右,较直径0.9~1.0m风筒供风时降低了200~300mg/m3,降尘效果显著。研究结果为掘进工作面粉尘治理提供了一定的理论及实验分析基础。     

综掘工作面长压短抽通风风筒合理位置选择

基于FLUENT数值模拟软件与现场试验,确定合适的压入风筒和抽出风筒距综掘工作面作业面的距离,以期达到提高风机效率和工作面降尘的目的。结果表明,压风口距离掘进面过近,二次扬尘扬起的大量粉尘扩散到射流区的后面,抽风筒不能将射流区后的粉尘吸入,降尘效果不好;吸风口位于射流影响区域范围内,压、抽风流能在工作面形成良好的控制流场,使工作面粉尘被控制在掘进面处,继而被抽风筒吸走,达到最佳通风降尘效果。     

制冷降温掘进工作面的风温预测及需冷量计算

根据掘进工作面风筒内、外风流相互传热，相互影响以及风温沿巷道非线性变化的特点，指出了掘进工作面风温预测存在的问题．提出了独头巷道风筒内、外风流温度的差分计算的原理和方法，并依此编制了制冷掘进工作面风筒内外风流温、湿度和需冷量预测的计算机程序．大量的实例计算说明，该计算机程序不仅能准确计算出制冷降温掘进工作面风温和需冷量，而且能揭示掘进工作面风筒内、外风流温度的非线性变化规律，为高温掘进工作面制定合理降温措施提供了基础．     

永川煤矿高温热害防治技术研究与实践

针对永川煤矿-500 m水平开拓期间掘进工作面产生的高温热害现象,采用局部冷水降温系统,利用矿井涌水和回风综合排热,使掘进工作面附近100 m范围内干球温度平均降低5.6℃,湿球温度平均降低8.5℃,相对湿度平均降低20%。现场实测发现,降温后掘进工作面干球温度与风筒出口干球温度近似为线性关系,与空冷器后风筒内干球温度在一定范围内近似呈二次抛物线关系。此外,掘进工作面附近干湿球温度差值较大,最大可达5～7℃。风流在回头过程中湿交换较大,易形成放大的＂回头热＂现象。     

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。     

热害矿井掘进工作面换热特性

为量化热害矿井掘进工作面的换热特性,根据其通风和换热特点,以掘进工作面冲击射流换热系数的影响因素关联式为基础,结合工程实践中常见参数对换热系数影响因素进行了1∶1的ANSYS数值模拟试验和1∶3的室内相似模拟实验。结果表明:模拟和实验结果在数值范围和变化趋势两方面吻合程度都较高。对数值模拟和实验结果进行回归分析,得到了掘进工作面冲击射流换热系数影响因素关联式的具体形式。数值模拟和实验结果回归分析式的相关系数分别为0.925和0.944。     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

掘进工作面射流通风流场研究

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间的受限贴附射流通风． 根据流体力学和射流理论, 分析了掘进通风射流产生过程及掘进工作面压入式通风风流结构． 风流从圆形风筒射入掘进工作面形成射流区和回流区． 给出了回流区平均速度、最大回流速度及射流作用距离的计算模型, 为掘进工作面合理有效通风提供了新的理论依据．     

掘进巷道风流热环境的数值模拟

用三维k-ε紊流模型模拟了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以及巷道壁面水分和风流之间的热湿交换.得出掘进工作面风流温度和湿度的分布是相似的, 阐明了从工作面壁面散发显热和潜热随时间的变化规律及其与湿度系数的关系,即湿度系数越大,潜热热流密度越大,显热热流密度越小,总热流密度随湿度系数的增大而增加.分析了掘进巷道周围岩石的温度分布和变化规律,壁面换热系数分布不均匀对壁面附近岩石温度分布有很大影响,随着向围岩内部的深入,围岩温度趋于均匀分布.     

综掘工作面压风分流控除尘技术研究与应用

为解决综掘工作面粉尘污染问题,掌握工作面长压通风分流控尘与短抽除尘参数最佳匹配关系,实现最大程度降低工作面粉尘浓度。本文以王家岭煤矿高产尘综掘工作面为研究背景,通过建立CFD计算模型,对比研究综掘工作面不同轴径向出风比的控尘效果,得到有效控尘参数范围,再结合现场实际应用进行验证分析,以此得到最佳控除尘工艺匹配参数。研究结果表明:在增加附壁风筒控尘后,在掘进机尾部形成沿巷道壁螺旋前进的新鲜风流透明风墙,能够将粉尘控制在工作面前部区域;在轴径向出风比为1∶3时,粉尘被控制在前部4 m范围内较小区域,并能满足掘进工作面最低风速要求,对掘进工作面前部粉尘控制作用明显。通过现场对比应用,当轴径向出风比为1∶3时,控降尘效果最佳,司机位置与掘进机尾5 m的总粉尘和呼吸性粉尘浓度可分别降低到26.1 mg/m3和12.7 mg/m3以内,其中控尘效率达到80%以上,总体控降尘效率达93%以上,降尘效果明显,有效缓解综掘工作面粉尘污染,减少了职业危害。     

水力造穴增透预抽在掘进面区域防突中的应用试验

以山西潞安集团一缘煤业的150112回风巷掘进工作面为试验地点，对水力造穴增透顺层条带预抽区域防突措施进行研究。试验采用前进式造穴工艺，在掘进工作面迎头打设5个长度为120m的造穴钻孔，实际造穴52个，造穴规格为长1m×Φ0.8m的圆柱体，造穴水压为16～18MPa，总出渣量150t。通过本次试验得出：造穴钻孔的标况日平均抽采纯量由未造穴时的62m提高到316m|掘进过程中巷道回风流瓦斯浓度由原来的0.7%降低到0.4%|造穴区域的软分层相比未造穴区域煤层含水量升高，煤质变硬，粉煤减少，掘进过程中产尘量减少，瓦斯动力次数减少，掘进效率大幅提高。但由于水力造穴过程会对煤层结构及顶、底板产生一定的破坏，所以在巷道掘进期间需加强顶板及巷道两帮的支护管理，且水力造穴技术不适用于造穴影响范围内巷道顶、底板有遇水后变软岩层的矿井。