综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟及试验研究

针对综掘工作面掘进过程中粉尘污染问题,设计了一种新型高效的风幕控尘除尘系统,利用风幕风速衰减试验分析了风幕风速与距出口距离衰减的关系,当风幕末端风速达到2 m/s以上就能够有效控制呼吸性粉尘逃逸,另外,利用数值模拟的方法,对风幕控尘除尘系统工作原理进行了模拟,当风幕初速度为15 m/s、除尘风筒负压为-250 Pa时,风流到达巷道壁时的风速均达到了3m/s以上,风幕控尘除尘系统起到了很好的控尘和除尘作用.并对压入式通风+湿式除尘机除尘的方式进行了数值模拟,压入式通风的风流大部分被除尘风筒吸入,掘进头和压入式风筒与除尘风筒重叠段形成了无风区,大部分粉尘颗粒和瓦斯不能够及时排出,给生产带来了极大的安全隐患.     

综掘面尘源位置对负压抽风口位置的影响

为探究综掘机配套抽风口位置对巷道除尘效果的影响,利用FLUENT软件建立综掘巷道相似几何模型,开展粉尘从不同尘源位置释放时,压入式通风系统和综掘机配套抽尘系统的流场及粉尘场模拟研究。结果表明:综掘工作面压入式通风系统的粉尘扩散范围在距工作面1～2 m处;综掘机配套抽尘口位置在距工作面1 m时的风流特征最利于除尘且此时各个尘源位置巷道内的粉尘均得到明显改善;当采用综掘机配套抽尘技术后,综掘工作面各个尘源释放粉尘时,巷道内的总体粉尘质量浓度都得到降低,平均除尘效率在80%以上,最高可达93%,可以很好地满足煤矿井下的降尘要求。     

大断面综掘巷道长压短抽条件下粉尘运移模拟

为改善大断面掘进巷道内通风除尘效果,针对龙王沟煤矿副斜井净断面积24.9 m2、供风量1 500 m3/min的情况,采用计算流体软件Fluent,建立长压短抽混合式通风条件下稳态离散相模型(DPM),研究压、抽风筒口相对位置和压抽风量配比对粉尘-风流耦合运移的影响。结果表明,当压入式风筒口到工作面距离为27.5 m,抽出式风筒口到工作面距离为5.0 m,压抽比为1.2时,龙王沟煤矿副斜井大断面综掘巷道内风流稳定,综合除尘效果最佳,模拟结果与现场实测结果基本一致。     

综掘面旋流风幕抽吸控尘流场数值模拟

针对目前井下巷道内综掘工作面产尘量大,煤尘浓度高,降尘效率低的实际现状,探讨了配有附壁风筒的综掘工作面旋流风幕抽吸控尘的新型降尘方式,建立气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,利用Fluent对巷道流场进行数值模拟,并分析了风流扩散规律、粉尘分布规律以及影响粉尘分布规律的因素.模拟结果显示,综掘面旋流风幕抽吸控尘系统可在机掘工作面的有限空间内形成一个具有屏蔽作用的旋转风幕,将粉尘基本封闭在距掘进面0～3m的范围内.抽风口距离掘进面越近,高浓度粉尘存在范围和巷道中的粉尘浓度越小;增加抽风口个数可以提高除尘效率.     

隧道钻爆法施工风流流场规律的数值模拟

为了解决公路隧道钻爆法施工粉尘浓度高的问题,以京昆高速公路辛庄隧道为研究背景,运用Fluent软件对风流流场分布规律进行数值模拟,并与现场实测的风速分布情况进行对比分析,模拟结果与实际数据基本一致。研究结果表明,当风筒出口风速为20m/s时,压入式风筒安装的最佳距离是距离掌子面40~50m,在这个范围内,最有利于粉尘的排出。     

全岩巷综掘面粉尘防治技术

根据店坪煤矿+900m水平全岩巷综掘工作面的基本情况,确定了综掘工作面粉尘治理总体技术方案:采用高压外喷雾高效降尘,并控制粉尘向外扩散;采用涡流控尘装置高效控尘,防止粉尘向巷道后方扩散;采用除尘系统将掘进头的含尘风流吸入湿式旋流除尘器净化处理,排出洁净风流.     

基于CFD的高海拔矿山掘进面通风增氧方案优化

以海拔3 400 m金属矿山为例,基于CFD模拟软件,以矿山巷道内原有氧气质量分数提高5%为目标,设计正交试验,在“长压短抽”通风方式下,优化压入风筒放置高度,分析压入风筒与掘进面距离、供氧管与压入风筒出口水平距离、抽压比3个因素对氧气质量及分布规律的影响。研究结果表明:压入风筒、抽出风筒距掘进面分别为12,3 m,供氧管与压入风筒出口水平距离为6 m,抽压比为0.8时,氧气质量分数提高5%且分布情况达到最佳状态;对氧气分布影响最大的因素为压入风筒出口与掘进工作面的距离,在设置管道布置方案时应重点考虑。     

大断面掘进压入式风筒最佳高度的数值模拟

为了确定大断面掘进工作面压入式风筒的最佳安设高度,采用数值模拟方法分别模拟了风筒中心距底板6 m、4.5 m、3 m、2 m以及风筒安设于洞室顶部时,通风20 min后爆破炮烟(CO)的稀释效果,并求解了各种风筒布置情况下不同断面的通风死区比例。结果表明,通风排烟效果最差的情况为风筒固定于侧帮距底板6 m时,其次为风筒固定于侧帮距底板4.5 m时,再次为风筒固定于顶部中央时,风筒固定于侧帮距底板2 m时CO在巷道内的呼吸带高度沿程浓度分布与风筒距底板3 m时差别不大,但风筒中心距底板2 m时容易造成掘进工作面上隅角炮烟和粉尘的积聚。因此,大断面掘进工作面压入风筒最佳安设高度为3 m。     

附壁风筒提高收尘率的实践

1 引言 随着煤矿机械化水平的日益提高,矿井开采强度加大,采用机械化掘进的巷道不断增加,产尘量急剧上升,煤巷机掘面的粉尘浓度一般达1～3g/m~3,个别达6g/m~3。粉尘的危害严重地影响到矿工的身体健康和矿井安全。根据国内外实践,采用长压短抽通风除尘系统,对工作面的含尘空气进行净化是机掘面高效降尘的重要途径。而收尘是除尘的必要先决条件,为了提高收尘率,在压入式风筒出风处,采用附壁风筒,利用其附壁效应使压入风流在工作面附近形成一道气幕,阻止工     

煤巷掘进过程中粉尘浓度影响因素分析

为了掌握煤巷掘进过程中粉尘浓度变化的影响因素,根据气固两相流理论,针对矿井掘进工作面的特点,采用计算流体力学的离散相模型（DPM）考察了掘进巷道风速、风筒直径、风筒出风口到掘进工作面距离以及风筒的悬挂高度对粉尘浓度变化的影响。结果发现：当掘进巷道风速为0.25-4 m/s时,提高巷道内的通风风速,可以降低巷道内的粉尘浓度,缩短呼吸性粉尘浓度达到稳定的时间,减小工作面粉尘的危害;有利于通风除尘的风筒相关参数为风筒直径0.4-0.6 m、风筒出风口到掘进工作面距离6-7 m、风筒悬挂高度2.0-2.2 m。     

综掘面风幕集尘除尘系统的参数优化与数值模拟

针对目前井下综掘面粉尘治理难的问题,研制了一种新型风幕集尘除尘系统。其中风幕风机的风速、除尘风筒的结构尺寸及出口压力是影响整个系统集尘除尘效果的决定性因素。为使风幕集尘除尘系统的防治粉尘效果达到最优,通过计算流体力学FLUENT软件,分析风幕风机风速、除尘风筒直径及出口压力改变的条件下风机的表面空气流线以及粉尘颗粒轨迹。得到风机风速、除尘风筒的直径及出口压力对整个系统集尘除尘效果影响的规律。结果表明:单方面增加风幕风机的风速或出口压力时,系统的集尘除尘效果在一定范围内可以变好,但是超过一定范围之后,风速的增加或者出口压力的增大反而使系统集尘除尘效果变差;在其他条件不变的情况下,除尘风筒直径越大系统集尘除尘效果越好。     

综掘工作面除尘系统的研究

<正>掘进机作为煤矿巷道掘进的主要设备,在巷道掘进时会产生大量的粉尘。掘进工作面的工序繁杂,产生粉尘的地点位置多变。随着综采、综掘技术的迅猛发展,开采强度不断增大。于此同时,我国煤矿粉尘污染问题日趋严重。如综掘工作面在只采取内外喷雾时,司机处粉尘浓度高达300～1000mg/m3,而且呼吸性粉     

综掘面抽风口调控下的旋流风幕降尘优化

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明：调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。     

天井掘进通风风流形态及粉尘分布研究

以现场试验和模型实验对天井掘进时抽出式、压入式和混合式局部通风的风流结构及粉尘分布进行了研究。结果表明:压入式通风时约有10％的风量进入工作面;压入射流二次产尘强度为凿岩时的17％左右;现有的局部通风方法不可能使工作面粉尘浓度降到2mg/m~3以下;现行测尘方法不能准确反映工作面环境粉尘浓度。     

煤矿综掘面泡沫降尘技术研究与实施

针对煤矿综掘面粉尘治理技术中存在的不足,采用泡沫降尘新技术结合长压短抽式通风方式进行粉尘防治。以霍尔辛赫矿为例,根据井下实际情况,利用GAMB IT和FLUENT建立掘进巷道的几何模型,并对巷道掘进通风过程中粉尘分布规律进行解算,将模拟结果和现场实测数据对比,确定掘进面回风侧的高浓度粉尘分布区。对掘进面煤样进行湿润性试验,确定最佳的发泡剂添加比例。综合以上情况,泡沫降尘技术实施时采用环形前置式喷头布置,发泡剂添加比例定为10‰,并在回风侧距掘进面5 m、距底板2 m处设置风筒,将高浓度粉尘抽出并沉降。现场实测数据显示,泡沫降尘技术降尘效率明显高于喷雾降尘技术。使用泡沫降尘时,在司机侧测得全尘及呼吸性粉尘降尘效率分别达到75.4%和74.7%。     

快掘面抽风口集尘参数变化下粉尘场优化模型研究

为了解决长压短抽通风方式下传统抽风口集尘效果不适应掘进速度快、产尘量大的工作面集尘需求等问题,提出设计抽风筒集尘口装置及系统布局,以降低快掘面高粉尘危害和污染等隐患。利用Fluent建立集尘系统的粉尘场有限元模型,分析单集尘参数对粉尘场影响并确定参数取值范围,设计二次回归正交试验,建立司机和人行道呼吸带粉尘质量浓度双目标优化模型,采用NSGA-Ⅱ算法求解模型。以陕西某矿快掘面为研究对象,求解得到该集尘布局下最佳集尘参数方案。搭建集尘系统试验平台来测试最佳集尘参数方案,研究结果表明：试验测试值和预测值误差小于8%,优化后的司机处粉尘质量浓度和人行道呼吸带平均粉尘质量浓度分别降低79.3%,58.7%,证明优化模型准确且有效。研究结果可为实现快掘面空气净化目标提供参考。     

风筒位置对掘进巷道流场影响的PIV实验*

为探究风筒位置对掘进巷道风流分布规律的影响,利用Fluent软件确定出实验模型内流体进入“第二自模区”的临界风速,保证实验模型与实际巷道的流动相似,采用粒子图像测速仪（PIV）对压、抽风筒距迎头不同距离下的前压后抽式通风流场进行测量。实验结果表明:抽风筒距巷道迎头距离的改变对迎头处流场影响较小,涡流中心位置也不会发生改变,当抽风筒距迎头距离大于4.5S,回流区的风流充分发展,流动较为平缓。压风筒距巷道迎头距离的改变对迎头处流场和涡流影响较大,当压风筒距迎头距离大于3S,涡流中心位置向远离迎头的方向移动,涡流区域逐渐扩大。基于相似理论的PIV实验结果可为矿井掘进巷道通风工作提供一定参考。     

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.     

正压呼吸器防尘系统在岩巷综掘工作面的应用

针对矿井岩巷综掘工作面产尘量大,常规降尘措施不理想,一般呼吸面罩无法有效降低工作面作业人员对粉尘吸收的问题,研制了正压呼吸器防尘系统,并在岩巷综掘工作面底抽巷进行了现场试验。试验结果表明:使用正压呼吸器防尘系统除尘效率达到了70.82%,不使用时除尘效率仅为42.01%,不仅有效降低了工作面的粉尘浓度,改善职工作业环境,而且保证了工作面作业人员对新鲜空气的需求,减少了粉尘对职工身体的危害。     

综采工作面旋转风幕隔尘理论及试验研究

为了进一步提高综采工作面空气幕隔尘效率,提出采用新型旋转风幕进行隔尘.根据冲击射流相关理论,推导出了垂帘合理安装位置及垂吊高度.利用旋风分离理论,导出了旋转风幕所能控制的最大粉尘粒径和隔尘效率表达式.借助模型试验,对旋转风幕隔尘下的综采工作面粉尘质量浓度分布及旋转风幕的隔尘效率进行了分析.结果表明:采用旋转风幕隔尘时,空气幕气流在煤壁侧形成一旋转风幕,采煤机滚筒割煤所产生的粉尘在该旋转风幕的卷吸作用下,被控制在煤壁侧,并被工作面风流带走;由于垂帘的阻隔作用,空气幕气流冲击顶板后只能往煤壁方向运动,阻止了空气幕将卷吸进来的粉尘带到采煤司机的工作区,提高了空气幕的隔尘效率;旋转风幕隔尘时,司机侧的粉尘质量浓度较普通空气幕隔尘时进一步降低,其粉尘质量浓度由78 mg/m3降低至69 mg/m3,粉尘隔尘效率由81.8％提高至84.2％,提升了2.4％;旋转风幕对呼吸性粉尘的隔尘优势更为明显,司机侧呼吸性粉尘质量浓度由14mg/m3降至8 mg/m3,呼吸性粉尘隔尘效率高达92.6％,较普通空气幕提高了6.5％;旋转风幕对不同粒径粉尘的隔尘效率有差异,随粉尘粒径增加,旋转风幕的隔尘效率不断下降.