空气幕技术在阻断矿井漏风中的应用

在通风系统改造过程中,应用“有效压力理论”充分利用闲置设备,自行设计制造了节能空气幕,即节省了空气幕的成品购置费用,又解决了系统的漏风问题。     

高压空气幕在综掘面防尘中的应用

矿用空气幕的思想来源于民用建筑中的空气幕,高压空气幕以巷道中的压缩空气做气源,与一般空气幕相比,不需要专门的供风风机,不仅解决了供风风机给掘进司机带来的噪音问题,而且使得整套空气幕设备得以简化,减少了对掘进作业的影响；高压空气幕具有较好的隔尘效率,隔尘效率达到49.97％,对保护掘进司机免受粉尘危害具有重要作用.     

用空气幕代替风门

现用风门中用得好的并不多,以致经常造成压入式通风系统大量漏风。为此,我厂在井下试用空气幕代替风门阻断风流,取得了一些经验。将扇风机产生的风流,通过供风器形成扁平幕状的高速射流(空气幕),用以阻断需要截断或减弱的风流。我厂历时一年的试用结果表明,供风器安装角(指供风器喷出口方向与巷道走向的交角)为35～50°时,可在巷道内形成喷射夹角为78～25°的空气幕;巷道内通风压力的大小对空气幕的影响很大,在高压区,空气幕喷出1米就离开了     

综采工作面隔尘空气幕出口角度对隔尘效果的影响

综采工作面隔尘空气幕的出口角度是影响其隔尘效果的关键因素之一。利用Fluent计算流体力学软件,以河北金牛能源股份有限公司葛泉矿1528综采工作面为研究对象,对空气幕不同出口角度下综采工作面气流流场及空气幕两侧呼吸性粉尘浓度分布进行数值模拟,分析空气幕出口角度对其隔尘效果的影响。研究结果表明:适当调整空气幕出口角度,使气幕射流倾斜于产尘区,有利于提高空气幕的隔尘效果;并获得了阻止采煤机滚筒割煤时所产生的粉尘向司机工作区扩散的最佳空气幕出口角度,即出口角度在5°～10°范围,隔尘空气幕的工作效率较高,采煤机司机处的粉尘浓度最低,并通过现场试验对数值分析结果进行了验证。     

多功能矿井风流调控设施的研究与应用

为了解决因行人、运输较频繁或易受爆破冲击波影响等而导致传统风流调控设施使用受制约的难题,通过分别对单、多机阻隔、增阻、引射型矿用空气幕模型进行理论推导与分析,提出应用多功能的空气幕来替代传统风流调控设施。针对某矿山通风系统存在的风流短路、有效风量率低、冬季井筒结冰等问题,拟采用多功能空气幕来建立柔性风门、风窗,并应用矿井通风系统优化软件中风机选型功能,将初步选定的空气幕经数字化处理后,优选出使用效果最佳空气幕型号、布置方式、安装位置,从而有效、可靠的对井下风流进行调控。应用结果表明:井筒结冰与风流短路等现象得到了有效、稳定的控制,通风效果得到了明显的提高,为可持续化安全生产提供了保障。     

基于正交模拟试验的矿用空气幕结构优化

为了降低空气幕的能耗,依据空气动力学理论,建立了以双三次方曲线为整流器外轮廓线的矿用空气幕模型,采用正交模拟试验方法,以出风口速度分布均匀性及阻力损失为评价指标,研究了不同结构参数下矿用空气幕内流场分布规律,计算出矿用空气幕出风口断面的速度分布均匀性参数及压力损失,得到了最优的矿用空气幕结构模型,该模型风流速度均匀性参数为0.038 5,压力损失为98.3Pa.结果表明,压力漩涡的大小及流速滞留区的范围与整流器密切相关.对矿用空气幕出风口速度分布均匀性影响最大的是供风器出风口宽度,其次为导流体中截面半径;对矿用空气幕压力损失影响最大的是供风器出风口宽度,其次为整流器及供风器长度.当导流体为圆锥体时,矿用空气幕的性能最优.     

基于矿井通风三维仿真系统软件的矿用空气幕选型方法

根据矿井风流调节的具体要求,合理选择矿用空气幕的型号是应用矿用空气幕技术的关键。在分析矿用空气幕选型依据及原理的基础上,应用矿井通风三维仿真系统软件模拟矿用空气幕运行的效果,来研究确定矿用空气幕的选型参数及影响因素。结果表明,应用矿井通风三维仿真系统软件所选择的矿用空气幕与理论推导的计算结果一致,此方法能够最大限度地反映矿山实际情况,具有直观、高效等特点。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

综采工作面空气幕隔尘理论研究

空气幕隔尘是综采工作面一项新的防尘技术.运用平面射流理论,针对综采工作面空间特点及风流特性,建立空气幕隔尘的数学模型,从理论上就隔尘空气幕两侧粉尘浓度分布和变化规律、空气幕隔尘效率及其与相关参数的关系进行深入研究.结果表明:1)司机侧粉尘浓度朝风流方向按指数规律不断增大,煤壁侧粉尘浓度则朝风流方向按指数规律不断下降,且两侧粉尘浓度变化速度快慢与空气幕射流卷吸风量大小有关,卷吸风量越大,两侧粉尘浓度变化速度越快;2)空气幕射流卷吸风量是影响其隔尘效果主要因素,卷吸风量越小,空气幕隔尘效率越高;3)在确定空气幕出口风速时,为保证其隔尘效率,应根据现场实测,取满足控制呼吸性粉尘所需的最小风速.     

基于正交分析的防烟缓冲区参数设置研究

为了研究典型长廊型高层建筑中走廊-前室缓冲区不同参数设置对烟气控制的影响,利用FDS软件建立长廊型高建筑火灾烟气运动模型。利用空气幕配合正压送风在前室门前形成防烟缓冲区,运用正交设计的方法分析流量比、空气幕射流速度以及空气幕射流角度对缓冲区防烟能力的影响,得出防烟缓冲区最佳模式为空气幕送风量与前室加压送风量之比为2∶1,空气幕射流速度为8 m/s,空气幕射流角度为30°。与传统正压送风防烟模式相比,防烟缓冲区最佳模式下,前室的平均CO浓度降低了99.99%,平均温度降低了98.47%,防烟缓冲最佳模式使前室加压送风量减少了1/3,楼梯间加压风量减少22.56%,节约了送竖井的地面积,减少了进入走廊和火场区的送风量,使排烟效率提高了8.76%。     

掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究*

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。     

矿井避难硐室气幕隔绝系统试验研究

根据避难硐室气幕阻隔系统的防护功能,确定该系统由供气装置、散气装置和启闭装置组成;根据射流理论和对比试验确定气幕系统最佳孔径为1.2mm,最佳孔间距为40mm;通过SPSS方法建立模型,确定气幕系统以衰减距离x为变量的气体衰减函数;根据孔径、孔距及幕帘尺寸,计算确定气幕防护系统的最小供风量为1.61×10 -3m3/s;通过模拟密闭空间阻隔性能测试,确定气幕系统的最大阻隔效率可达90％以上,同时阻隔效率随着二氧化碳初始浓度的增加而降低.     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

高海拔矿井掘进工作面局部增压的空气幕调控仿真研究

矿井环境一直是制约矿井地下安全生产的重要因素之一,尤其是在高海拔地域,由于空气的各项参数都与海拔高度相关,高海拔地区矿井在通风方面要比平原矿井有更多特殊要求。为解决高海拔地区矿井掘进工作面存在的低压缺氧问题,在对高海拔地区低压环境特性分析及传统矿用空气幕理论分析的基础上,根据增能增阻设计提出了多功能矿用空气幕联合增压模型,该模型在巷道两端分别布置引射型和增阻型矿用空气幕,以达到增压进而间接提高工作场所含氧量的效果。以青海省某金矿3 850 m中段开拓巷道掘进作业面为背景,借助有限元仿真软件Fluent对构建的开拓巷道的三维立体模型进行数值模拟。模拟结果与现场实测结果基本相符,结果表明:采用基于空气幕的增压增氧调控技术可使开拓巷道掘进作业面绝对气压由63 835 Pa增加至68 273 Pa,氧分压从12 040 Pa提高至14 213 Pa,达到海拔3 000 m的水平,可明显改善通风效果和通风质量;同时,随掘进作业面压力提高,采空区有害气体的逸出也得到有效抑制。该调控方法可以克服传统风流调控设施存在的布置困难、影响通行的问题,为提高高海拔地区井下压力及含氧量提供了新的思路。     

避灾硐室气刀型空气幕数值模拟研究

结合避灾硐室阻隔有害气体的需要,对气刀型空气幕进行模拟研究,从气刀的工作原理、风速分布、阻隔效果的角度出发,分别建立物理模型及划分网格,得到了气刀工作时其周围压力的分布变化规律,不同送风方式下气刀风速分布规律以及单侧送风条件下CO,浓度分布规律,证明了气刀具备增大了气流的输出,阻隔有害气体的作用。由风速统计规律得出,气刀在单侧送风15m／s或者双侧送风10m／s条件下,气刀的有效覆盖率大于85％,又根据数值模拟得出,在有效覆盖率大于85％的条件下,CO2阻隔效果明显,有害气体无法通过气刀形成的空气幕。     

采煤工作面漏风通道参数研究与应用

采煤工作面漏风会导致采空区缓慢自燃氧化以及有毒有害气体涌入工作面,造成采空区自然发火及工作面工作人员中毒窒息的可能性.工作面不同进风风量下工作面漏风情况会不同.为了具体研究工作面不同进风风量下的漏风情况,测定了元堡煤矿1901工作面停采期间各漏风通道的漏风量,建立了工作面漏风通道网络模型;根据风网解算原理及风阻计算公式计算出各分支风阻及风量值;利用风网解算软件计算出不同风量下工作面漏风通道的风量值.结果发现:元堡煤矿1901工作面风量在500 - 1500m3/min范围内变化时各漏风通道风量占工作面总进风量的比重几乎不变;采空区两巷由于已经打好密闭,漏风较小;工作面中部由于老顶来压漏风量较大,是堵漏风重点.     

组合式通风打磨台风量对粉尘控制效果的影响

打磨作业过程中，利用组合式通风打磨台进行通风除尘已得到广泛应用，但大多根据经验设置通风参数。以数值模拟为研究手段，采用CFD-DPM风流-粉尘耦合数值模拟方法，研究粉尘最大浓度和呼吸带粉尘浓度与风量分配和总排风量的关系，对组合式通风打磨台进行通风除尘系统参数优化，为金属打磨粉尘治理提供依据。研究结果表明:当组合式通风打磨台总排风量为1 850 m3·h-1、台面与壁面的配风比K=1.67时，粉尘质量浓度较低，防尘效果最好。     

旋转风幕流场的数值模拟及实验研究

基于流体力学中空气射流理论,建立气幕旋风排风罩流场的三维数学模型。影响气幕旋风排风罩效果的因素很多,主要包括:射流气动参数、吹吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置结构等。针对不同送风速度、不同送风角度下两种情况进行分析,并利用FLUENT计算动力学软件对这两种情况下气幕旋风排风罩的流场进行了数值模拟,经过比较确定出最佳效果时的参数,并利用示综烟雾进行了实验。结果表明:所建立的气幕旋风排风罩流场的数学模型完全正确,所确定的最佳效果时的参数和实际情况基本一致,可用于工程实际。