下行风流火灾管道试验与烟流动力特征研究

为了明确矿井巷道通风量及角度变化对火灾的影响规律，运用矿井火灾管道试验平台及各种传感器数据采集系统，开展下行通风火灾的管道相似模拟试验，得到在不同通风机动力和巷道倾角下巷道风量、各测点温度随时间的变化规律，对下行风流火灾时的风流紊乱状态有了进一步认识。结果表明，火灾时燃烧温度迅速到达顶峰后温度衰减速度随风量增大而加快，巷道火灾高温区域随着巷道风速增大而向火源下风侧移动。增大巷道倾斜角度，火风压作用增强，通风系统稳定性降低，更容易发生烟流逆退现象。在下行通风试验中，存在一个使火风压与通风机动力大小相等方向相反的临界风速。矿井火灾烟流是否产生逆退现象与通风能力有关，通风能力越强，巷道风流克服火区阻力、保持原状态的能力越强。     

对高温矿井通风技术的探讨

1 前言 现代矿井不断向深部发展,开采强度日益提高,采掘机械化、电气化水平不断提高,矿井热害问题日趋突出,成为制约煤炭生产发展的一个重要因素。针对高温矿井的特点,采取合理的通风技术,对改善井下微气候条件具有重要意义。2 选择全矿矿井通风系统 从降温角度选择高温矿井通风系统的依据主要是尽量缩短新鲜风流流动路线的长度,从而最大限度地减少沿程热源对风流的加热。     

矿井风流温度预测分析研究

随着煤矿机械化程度不断提高,特别是随着开采深度逐渐增加,矿井热害问题日益突显,高温环境不仅影响生产效率而且严重危害着工作人员的健康。为了更好地降低高温矿井开采时期巷道风流温度,确定合理的巷道布置方案和矿井通风系统,提出矿井巷道风流温度预测方法。以矿井通风和热力学为基础,结合网络解算,对矿井风流温度分布进行研究,总结各种类型巷道风流温度的计算方法,提出多点风流混合温度计算模型。结合具体矿井进行实际预测分析,预测结果中显示风流温度可能超限的巷道,对通风系统进行优化设计。     

利用导风板引风防漏

压入式通风系统的矿井,由专用入风井送入井下各中段的新鲜风流是通过主要运输巷道送到采区的。由于主要运输巷道行车频繁,安设隔断风流或限制风流的通风设施,在管理上非常不便。不少压入式通风系统的矿井,井底车场漏风严重,有效风量率很低。有些矿山在入风石门与中段沿脉巷道的交叉口处,安设引导风流的导风板,使风流面向采区,背向井底车场,并提高出风口风流的速度,利用风流动压的方向性,使风流分配状况得到很大     

巷道风流动压的通风作用

当一条穿脉入风道以一定角度与沿脉巷道交叉时,由于风流动压具有方向性,在顺着风流方向的一侧,造成一个附加的通风压力,并在此通风压力作用下,改变原来风流分配状况,使顺着风流方向的一侧,风量增大,而另一侧风量减少。如图1,当主要入风道与沿脉巷道以θ角交叉连接时,风流在断面Ⅰ处开始分离,向两翼自然分配,两翼分配风量的多少,除与巷道风阻有关外,还受风流方向的影响。对巷道风流动压的通风作用,可做如下分     

高自然风压矿井通风系统分析及机械风压与自然风压最优匹配

推导了风流方向判别式，探讨了自然风压造成某些平峒反风的原因；对自然风压对矿井通风系统的稳定性、按需分风区风量分配以及灾时反风灭火的影响进行了分析并提出了预防措施；对如何实现机械风压与自然风压最优匹配以节省主扇电耗进行了讨论。     

东山煤矿高温工作面降温技术分析

随着开采深度的不断增加,地温逐渐升高,煤矿井下高温热害日趋严重,导致事故率上升,严重制约了矿山开采向纵深发展。针对东山煤矿1231采煤工作面的高温环境,应用矿井热环境理论和矿井通风技术,分析风流自地面流向1231采煤工作面过程中风流温度的变化,得出各种热源对矿井风流升温的影响,为防治热害提供理论依据。通过增加风量、改变工作面通风方式等几种降温技术,工作面平均温度从28.41℃降低到26℃,降温效果明显,有效地改善了1231采煤工作面的气候环境。     

巷道贯通后风流方向预判理论及实践

为预防煤矿井下巷道贯通后瓦斯事故,利用能量守恒定律及能量方程理论,研究煤矿井下巷道贯通对风流方向的影响。基于空气静压、速压和位压在流动过程中的变化特征,运用流体能量平衡方程建立煤矿井巷通风过程中流经任一巷道断面的风流总能量方程,进而提出煤矿井下巷道贯通后风流方向预判理论,给出2种不同贯通情况下风压能的测定方法,并以屯宝煤矿为例进行验证分析。结果表明：所提巷道贯通后风流方向预判理论,能够准确判定煤矿井下巷道贯通后的风流方向,进而减少瓦斯事故发生率,提高矿井通风管理水平。     

高自然风压矿井通风系统分析及机械风压与自然风压最优匹配

推导了风流方向判别式，探讨了自然风压造成某些平峒反风的原因；对自然风压对矿井通风系统的稳定性，按需分风区风量分配以及灾时反风灭火的影响进行了分析并提出了预防措施；对如何实现机械风压与自然风压最优匹配以节省主扇电耗进行了讨论。     

自然风压在井下通风系统的应用与研究

介绍了自然风压的产生原因和形成原理,通过理论推导得出自然风压的计算公式。以一个受自然风压影响较大的矿井为例,并以近两年的现场检测数据为依据,分析自然风压的影响因素,进一步阐述了自然风压对井下通风系统的影响,在此基础上,采取相应的改进措施,抑制了自然风压对矿井通风的负面作用。提出了自然风压是有规律可寻的,冬季,自然风压促使风流上行;夏季,自然风压促使风流下行。充分认识和利用这些规律可以避免因自然风压的存在而对矿井通风造成的影响。     

井下移动热源对巷道局部风流温度影响规律研究

为了研究煤矿井下热源对巷道局部风流温度的影响，通过搭建实验平台以及建立数值模型，采用实验和数值模拟的方法，分析井下固定和移动热源对巷道局部风流温度的影响规律。研究结果表明:对比实验和数值模拟固定热源对巷道局部风流温度的影响，结果显示二者总体温度变化趋势一致性较好，验证了数学模型的正确性；井下热源移动速度不同时，顺风移动速度越大，对巷道局部温度影响越大，且巷道局部温度相对升高；逆风移动速度越大，对巷道局部温度影响越小，且巷道局部温度相对降低。     

有热源巷道风流温度分布非稳定模型及数值计算

针对矿井有热源巷道中风流温度分布非稳定计算问题，通过通风巷道存在放热源-对流-扩散-热交换的非稳定温度传播方程，建立一维有限元数值模拟求解方法的数学模型，讨论按放热强度（2类热流量条件）的热源项处理算法，给出有热源通风巷道风流初始温度均匀分布与非均匀分布的定解条件，并编写计算机仿真程序进行求解计算。结果表明:在起点27 ℃-热源300 kW和起点32℃-热源100 kW的不同边界条件和热源强度下，有热源通风巷道中温度分布的非稳定传播过程；数值解收敛准则用Peclet数来衡量，取Pe<2作为收敛条件，程序中根据Peclet数自动加以判断，算例中剖分单元长度1.5 m，模拟时间步长取2 s不发生振荡。实现了巷道中风流各点的温度和温度分布随时间的变化过程的描述，为矿井系统多设备热源散热计算及热害防治设计提供基础算法。     

矿井通风热阻力数值模拟研究

矿井风流流经井下热水、干热岩、火灾地点等局部高温区域时,风流吸收热量使其内能增加,高温风流在巷道内流动时会产生热阻力。针对如何确定井下风流加热流动时巷道内热阻力的实测范围这一问题,通过理论推导与数值模拟的方法对巷道内热阻力分布情况进行分析。由压力场的模拟结果得出风流加热流动时,所产生的热阻力不仅存在于加热区,高温风流向加热区下风侧流动时热阻力仍然存在。模拟结果表明:对于水平等截面管道,风流流经加热区时,风流速压增加,加热区内风流的静压降幅大于全压降幅;流出加热区的风流向管道出口处流动时,高温风流不断克服阻力做功,并与管道内的新鲜风流、壁面进行热交换,风流温度逐渐下降,当测定区间为加热区入口至模拟管道出口时,风流的静压降幅与全压降幅近似相等。研究结果对井下巷道、隧道及实际工程应用中热阻力的分析与研究都具有重要价值。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

井下巷道-矿车系统风流扰动特征规律实验研究*

针对井下巷道-矿车系统易造成巷道风流紊乱、影响矿井通风系统安全稳定性的问题,建立巷道-矿车系统风流扰动模式及影响因素体系,提出表征巷道-矿车系统的风流扰动特征的关键参数,包括巷道扰动风阻、阻塞比、矿车位置,推导矿车运行至巷道不同位置时巷道-矿车系统扰动风阻计算公式,研究巷道风速、阻塞比与巷道风阻的关系。研究结果表明:矿车在巷道中顺风行驶的速度大于风速时,巷道-矿车系统对通风系统进行增压调节;当矿车逆风行驶时,巷道-矿车系统的风阻随着矿井通风系统供风量的增大而减小,最大扰动为矿车驶出巷道时刻,阻塞比与巷道风阻呈现线性递增关系;此外,小风速、小断面巷道运行的矿车对巷道-矿车系统的风阻影响较大,模型求解结果与实测数据的最大误差为6.84%。研究结果可为矿井通风系统的智能化调控提供理论依据。     

矿井风速故障源诊断及角联结构传感器布设

煤矿井下监控系统测量的风速数据并不能用来判断故障源位置,只能反映风速传感器所在巷道的风量变化情况。引起井下风速变化的原因很多,如巷道冒落、巷道堵塞、巷道变形等,从整个通风网络角度考虑,都可以归结为分支的风阻发生变化。由于井下通风网络中任一分支风阻的变化都可能引起自身及其他相关分支风量变化。提出用逐步线性回归分析法,确定引起通风系统风速传感器报警的分支集合。建立了逐步线性回归分析的通风系统故障源诊断数学模型。通过具体实例给出了风速传感器安设在不同位置下,可能引起此分支风速超限的故障巷道集合的结果。分析了关联分支的风阻变化对角联分支的影响,从而确定选择那些对角联分支影响大且自身风量容易发生变化的巷道安设风速传感器。     

基于热湿交换理论的巷道风流温、湿度影响因素研究

为了研究巷道风流参数的影响因素、预测风流温湿度的变化规律,结合热湿交换理论,建立了风流与围岩壁面之间热湿交换的数学模型,以及贴体坐标系下围岩内部温度场的导热微分方程;利用数值方法,将围岩内部的导热问题与影响风流参数变化的热湿交换问题耦合起来,并以大柳塔煤矿52505综采工作面为例进行计算,得到了与实测参数较为一致的模拟结果,验证了该数值方法的有效性。研究结果表明:风流温度受原始岩温、入风流温度、局部热源强度等因素的影响,风流相对湿度与入风流温、湿度以及井下湿源的数量和强度有关;巷道壁温作为将围岩温度场与风流参数之间关联起来的主要因素,对模拟结果影响较大,其数值取决于壁面与风流之间热湿交换以及围岩原始岩温。     

矿井系统下行风流火灾实验与TF1M3D平台仿真研究

为直观反映矿井下行风流火灾时期风流紊乱现象，深入研究风流紊乱、火灾烟流扩散规律，搭建管道实验平台进行矿井下行风流火灾实验，应用TF1M3D软件对真实矿井火灾进行模拟仿真。结果表明:矿井发生下行风流火灾时，在火区热阻力和火风压作用下，主干风路风流发生衰减甚至逆流现象，主干风路风量达到极值的时间滞后于火源强度达到最大值的时间；模拟结果显示223上山风流随通风机能力增强，发生风流紊乱现象更明显；在火灾主干风路风流未发生逆退的情况下，223上山和-380副巷仍会发生风流逆转现象；通风机能力越强，主干风路风流克服火源作用、保持原状态的能力越强。     

对显热比变化规律的理论分析

对矿井风流热交换计算常用的参数之一即显热比的变化规律进行了理论分析。定量分析了显热比与通风时间 (巷道壁面温度 )、巷道壁面的湿度系数、风流的相对湿度等参数之间的关系。通风开始后 ,壁面温度随着暴露时间的增长而降低 ,显热比也随通风时间增长而降低。显热比随巷道壁面湿度系数的增加而下降 ;随着风流相对湿度的增加 ,显热比增加