岩巷综掘面混合式通风除尘数值模拟研究

本文结合气固两相流动理论,建立综掘工作面粉尘运移的数学模型,采用流体力学软件,对不同通风条件下综掘面的粉尘浓度分布进行数值模拟。研究发现:在只有压入式通风时,工作面附近流场稳定性差,粉尘随风流扩散不易沉降,在距工作面30 m范围内粉尘浓度较大;采用混合式通风除尘方式后,粉尘在未完全扩散前被抽走,只有小部分向巷道扩散,具有较高的除尘效果,并确定了风量压抽比为2∶3的"以抽为主,前压后抽"混合式通风除尘效果较好。     

长压短抽式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟

以平煤集团十一矿综掘工作面为研究背景,根据经验和实际情况,确定了与掘进机相配套的长压短抽式通风除尘系统. 运用数值分析和现场测试相结合的方法,对综掘工作面粉尘分布规律进行了研究. 基于GAMBIT技术建立工作面的几何模型,应用计算流体力学FLUENT软件对该工作面应用长压短抽式通风除尘系统前后的粉尘分布进行数值模拟. 数值模拟结果与现场粉尘质量浓度测试结果相近. 结果表明,采用长压短抽式通风除尘系统除尘效率达95%以上,可使综掘工作面的粉尘质量浓度接近或达到1.0×10-5kg·m-3.     

涡流风幕抽吸控尘系统数值模拟与应用

涡流风幕抽吸控尘系统可有效控制气载粉尘的扩散.为了解决综掘工作面粉尘浓度过大的难题,分析了涡流风幕的形成机制,并根据气固两相流理论和气体-粉尘颗粒两相流动的特性,建立求解综掘工作面祸流风幕抽吸控尘流场粉尘扩散规律的k-ε-θ-kp数学模型;采用基于同位网格的Simple算法,利用Fluent软件对综掘工作面粉尘浓度的空间分布规律进行了数值模拟,模拟结果显示,涡流风幕抽吸控尘流场能有效地将粉尘封闭在掘进头至掘进机司机前方0.5m的空间内.根据模拟结果和工作面现场的实际条件,设计了由附壁风简和抽尘净化装置构成的综掘工作面涡流风幕抽吸控尘系统,该系统在综掘工作面应用后,有效地降低了工作面现场的粉尘浓度.     

多径向涡形风控制岩巷综掘面粉尘污染分析

针对岩巷综掘面粉尘质量浓度高且难以控制的难题,利用数值模拟与现场测试相结合的手段分析了多径向涡形风控制岩巷综掘面粉尘污染规律.结果表明:多径向涡形风应用后,压风量、压抽比越小,越利于形成轴向指向迎头流动且风速均匀的控尘风幕;压风量越大,压抽比越小,50mg/m3以上粉尘扩散距离越小,并得出了随压风量、压抽比变化的函数关系;压抽比为0.75时,形成的控尘风幕较优,高质量浓度粉尘扩散距离为3.4m,掘进机司机处粉尘质量浓度为19.6mg/m3,且易于现场应用.现场测试与数值模拟结果基本一致,应用多径向涡形风且压抽比为0.75时,距迎头5.5m断面测点的粉尘质量浓度已降至18.9mg/m3以内.     

不同参数对综放工作面尘流运动规律的影响

基于耦合的离散相模型,应用CFD软件对综放工作面内的尘流规律进行数值模拟,对比研究不同倾角、不同配风量、不同粒径粉尘参数对综放工作面粉尘浓度分布规律的影响,并与现场实测的粉尘浓度分布情况进行对比分析.结果表明,大倾角综放工作面内风流更趋于流向靠近煤壁的空间.倾角增加,呼吸性粉尘运动活跃.适当增大风量后,呼吸性粉尘易被风流携带,粉尘浓度降低明显,但风速过大易产生二次扬尘.     

煤矿综掘工作面高效喷雾降尘系统

在煤矿生产过程中,粉尘是困扰着安全生产的重大灾害之一.对于煤矿综掘工作面粉尘防治工作,重点是针对截割产尘源.为了降低工作面粉尘浓度,改善工作面劳动环境,通过分析综掘工作面粉尘的主要来源和现场测试综掘巷道粉尘浓度的分布规律,在传统综掘工作面高压喷雾降尘的基础上,提出了2种改进的综掘工作面高效喷雾降尘方案.方案1使用增压水泵,设计一台体积小、重量轻的水泵泵组,安装在掘进机机身上,通过增压水泵的特定转换,获得高压水;方案2使用掘进机上的液压油,驱动一台以液压水泵为核心的增压泵,获得高压水.2种方案均克服了传统方法的缺点和不足,结合抑尘剂配比装置,在实际应用中取得了良好的降尘效果,降尘率最高达到了84%.     

基于FLUENT的大倾角综放面通风降尘系统

针对大倾角综放工作面倾角大、风流运动多变导致通风系统复杂、最优排尘风速难确定等问题,基于气固两相流动理论,建立大倾角综放工作面仿真模型.通过FLUENT软件进行数值模拟,研究了不同通风方式下综放工作面风流运动规律和粉尘分布、上行通风与下行通风的降尘机理及大倾角综放工作面的最优排尘风速.结果表明:上行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为1200~1600mg/m3;下行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为460~600mg/m3.下行通风方式更加适用于大倾角综放工作面.最优排尘风速为25~28m/s,入口风速不宜超过30m/s.对比工作面现场实测粉尘质量浓度与数值模拟分析可知,二者结果较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性.研究结果可为大倾角综放工作面采取有针对性的防尘措施提供理论指导.     

综掘工作面粉尘运移的数值模拟及压风分流降尘方式研究

针对综掘工作面产生尘量高,煤尘浓度大,降尘效率低的现状,结合流体力学、气固两相流理论和射流理论等相关理论,采用FLUENT模拟技术,研究"长压短抽"式除尘通风时掘进巷道中粉尘运移和分布规律,对比分析了压入风量、抽吸比及抽、压风筒口位置等通风参数对粉尘浓度及分布范围的影响,提出了压风分流通风方式,并对其降尘效果进行了模拟分析.     

基于气固两相流的风幕控尘数值模拟

针对综掘面粉尘防治的问题,提出了用风幕控尘的粉尘治理方法,数值模拟方法研究了在风幕控制下粉尘逸散规律,风幕控尘的数学模型是在稀相气固两相流理论上建立的.在条缝宽度、射流出口风速不同情况下,运用CFD软件从三维角度模拟了风幕控尘现象,生成了有、无风幕时的粉尘颗粒图以及粉尘速度随时间变化曲线,并对不同风幕下的控尘效果进行了模拟对比和分析,得出了风幕射流装置起到了控尘作用且风幕射流速度越大,粉尘越易被集中抽走的结论.研究对掘进巷道粉尘的综合治理有很好的借鉴作用.     

掘进工作面粉尘分布规律数值研究

针对掘进工作面粉尘污染严重的现象，以2304胶运顺槽掘进工作面为研究对象，通过数值模拟以及现场采样分析相结合，使用SolidWorks进行模型的建立，利用Fluent软件对2304胶运顺槽掘进工作面进行工作时粉尘运移的数值模拟，分析工作时粉尘在工作场所的运移变化规律。研究结果表明：由于掘进机属于尘源处，粉尘浓度在掘进机头处最大，高达0.001kg/m³,随工作面的距离逐渐降低；巷道后方风流稳定，涡流存在于掘进机前侧以及上方；使用风水联动降尘装置后，相较于原有降尘装置，降尘效果最高提升了55%。     

卸矿站粉尘质量浓度分布的数值模拟

针对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度严重超标这一现状,根据相似性原理,运用fluent软件对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度分布进行模拟,得出不同监测面粉尘浓度随时间变化规律,并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究表明,卸矿时粉尘浓度分布受冲击风流影响较大,卸矿站巷道内粉尘主要由卸矿坑产生,经冲击风流携带而出,造成巷道内粉尘浓度较大;定期对卸矿站壁面进行洒水,不仅能清除卸矿站壁面粉尘,而且能在一定程度上吸附新产生粉尘,降低巷道内粉尘浓度。     

液压支架在综掘面的研制

综掘面支护工作的及时性与支护设备的配套协调关系是发展综掘、提高综掘效率的关键。综掘工作面液压支架的研制就是立足于改变掘进机停机加固空顶区工序，取代传统的人工前探支护方式，实现连续掘进作业。本文全面阐述了综掘液压支架的设计特点、技术特性以及综掘液压支架稳定性的数值模拟研究，该型液压支架的成功研制为井下综掘巷道的掘进工作实现综掘机-液压支架自动化“双机”配套提供了新视野。     

卸矿站风流流场及粉尘浓度分布规律的数值模拟

针对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度严重超标这一现状,根据相似性原理,运用Fluent软件对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度分布进行模拟,得出不同监测面粉尘浓度随时间变化规律;并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究表明,卸矿时粉尘浓度分布受冲击风流影响较大,卸矿站巷道内粉尘主要由卸矿坑产生,经冲击风流携带而出,造成巷道内粉尘浓度较大;定期对卸矿站壁面进行洒水,不仅能清除卸矿站壁面粉尘;而且能在一定程度上吸附新产生粉尘,降低巷道内粉尘浓度。     

胶带输送巷粉尘分布规律数值模拟研究

为了掌握粉尘在胶带输送巷道内的分布及运移规律,确定影响粉尘分布的关键因素,选取某矿井胶带输送机大巷包含转载点节段为研究对象,建立巷道及胶带输送机三维实体模型,根据气固两相流理论,运用DPM模型,对不同边界条件下的粉尘分布运移规律进行数值模拟研究。结果表明,胶带输送机的运行速度、巷道平均风速以及转载点的存在都对粉尘分布产生影响。其中,带速的提高会导致巷道沿程粉尘浓度升高,在带速为3.5 m/s时,人行道中线与巷道中线最高粉尘浓度分别达到27.5 mg/m~3与150 mg/m~3;转载点的存在会使其后方粉尘浓度上升速率变大;适当提高巷道平均风速有利于降低沿程粉尘浓度,风速为5 m/s时,人行道中线与巷道中线最高粉尘浓度分别降为7.5 mg/m~3和40 mg/m~3。     

CAD模拟与转载皮带机在巷道拐弯施工中的应用

通过对以往我矿综掘巷道拐弯跨度大、进度慢的难题进行总结分析，利用CAD模拟结合转载皮带机在拐弯期间各工序中的灵活使用，确定了综掘巷道各种角度下掘进机的最小拐弯跨度，同时提高了掘进效率，对同条件下的掘进机拐弯提供借鉴。     

采煤机截割粉尘扩散运移规律的试验研究

采煤机割煤滚筒旋转形成涡旋风流是导致割煤截割粉尘扩散运移的直接原因.通过对成庄煤矿某综放工作面采煤机割煤滚筒受限空间截割粉尘现场实测,分析研究截割粉尘在不同条件下扩散运移的基本规律,得出无论是顺风割煤还是逆风割煤,涡旋风流场对截割粉尘的作用主要发生在割煤滚筒靠近采煤机机身侧的下1/4圆周区域,并使该区域顺风割煤时截割呼吸性粉尘质量浓度达到95 mg/m~3,逆风割煤时呼吸性粉尘质量浓度达到110mg/m~3,远远高于国家有关标准和要求.     

皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

为了掌握皮带运输巷道粉尘质量浓度的分布规律,获取通风除尘设计的合理参数,以西石门铁矿提升车间系统40#皮带运输平巷为研究背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型对皮带运输巷道粉尘质量浓度进行数值模拟,并与现场实测的粉尘质量浓度分布情况进行对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合.研究表明,运用欧拉--拉格朗日法对皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律进行模拟是可行的.在通风除尘设计中,当巷道风速为3 m.s-1时,排尘效果最好,粉尘质量浓度整体保持在3 mg.m-3以下;皮带运输速度为2.5 m.s-1时粉尘质量浓度较低;定期进行壁面洒水也能在一定程度上实现降尘目标.     

凉水井矿综采工作面粉尘运移规律数值仿真

为研究凉水井矿42112综采工作面粉尘运移规律,基于Fluent数值仿真软件,选用标准k-epsilon湍流模型以及DPM计算模型建立了气-固两相流的粉尘运移数学和物理模型。用数值仿真及现场实测的方法研究了凉水井矿综采工作面风流运动情况,以及在移架和割煤时粉尘的运移规律和悬浮时间。研究表明:风流沿工作面在速度上表现出"小-大-小"的规律,速率和湍流强度在采煤机附近达到最大,在人行道空间有一定的低值区域。移架产生的粉尘一部分随风流运动,另一部分因粒径不同沉降到巷道底板不同位置。采煤机割煤产生的大粒径粉尘在重力作用下逐渐沉降,小粒径粉尘随气流继续运动,粉尘浓度最大处为前后滚筒附近及后滚筒下风向10 m左右靠近煤壁一侧区域,但扩散性不大,随着粉尘团向后移动,影响范围不断扩大,直至向整个工作面弥散。综采工作面粉尘在距底板1 m处粉尘浓度最高且分布范围最广,在巷道上部空间,直径大于100μm的粉尘粒子迅速沉降,而随着粒径减小,粉尘悬浮时间也逐渐延长。本研究可为综采工作面除尘、抑尘提供参考。     

岩石机掘面多径向旋流风控除尘方法的研究与应用

为了有效降低岩石机掘面粉尘质量浓度,利用数值模拟、现场实测等方法,研究应用一种多径向旋流风控除尘方法。基于多径向旋流风控除尘方法研制控除尘系统,并在东区皮带巷岩石机掘面进行现场应用,实测多径向旋流风发生装置开启前后各测点粉尘质量浓度。研究结果表明:多径向旋流风发生装置开启后,可形成覆盖巷道全断面的多径向旋流风,并在掘进机司机至掘进头间形成风流方向均轴向指向掘进头的控尘风幕,压抽比越小,控尘风幕的风速波动系数、质量浓度为50 mg/m~3以上的粉尘运移距离、司机处粉尘质量浓度均越小,压抽比为0.75时控除尘效果较优。开启后,压抽比越小,控除尘效果越优,压抽比为0.75时,相对开启前,有人作业区域各测点的实测降尘率平均值为81.72%,控除尘效果明显。     

多向涡流风幕阻隔粉尘弥散的模拟实验

针对掘进面迎头粉尘弥散难以控制的难题,设计新型多向涡流风幕发生装置,并基于自行设计的模拟实验平台得出多向涡流风幕风流运移及阻隔粉尘弥散规律。研究结果表明:风流运移规律为多向涡流风幕与迎头距离L_c越大,压抽比Y、压风量Q_f及轴径比Z越小,越利于形成风流均指向迎头运移的阻尘风流场。阻隔粉尘弥散规律为粉尘质量浓度基本随巷道断面与迎头距离的增大而减小或波动减小;随着L_c的增大,阻隔粉尘弥散能力先减小后增大;Y、Z越小,Q_f越大,越利于阻隔粉尘弥散。通风参数变至一定值后,形成阻尘风流场的均匀程度及阻隔粉尘弥散能力基本稳定,并确定了实验掘进面较优通风参数为:L_c=20 m,Y=5:4,Q_f=300 m~3/min,Z=1:9;该参数时全尘、呼吸性粉尘的降尘率平均值分别为95.85%和94.32%。