机掘工作面旋转射流通风理论探讨

湖南省自然科学基金项目 (基金号 :0 1JJY30 19)。【摘　要】　根据旋转射流理论 ,结合机掘工作面作业特点 ,提出在机掘工作面应用旋转射流通风方法 ,以控制工作面粉尘的扩散 ,阻止掘进机作业时所产生的粉尘进入掘进机司机工作区 ;同时还能防止工作面瓦斯局部积聚 ;通过对旋转射流通风风流结构特点及通风作用机理进行了分析 ,为掘进工作面通风新方法、新技术的研究提供了新的理论及参考依据。     

掘进巷道热环境与通风效率数值模拟研究

井下工作面必须应用通风系统。采用数值模拟技术分析了两种通风方式下,不同风口布置的掘进巷道内空气龄、空气流速和热舒适性指标PMV值的分布情况。根据模拟结果对掘进巷道通风模式的选择提出了建议。结果表明,长距离送风和短距离抽风方式是最有效率的通风模式。压入式通风方式的风口应布置在距掘进头10 m附近,抽出式通风方式抽风口应布置在距掘进头2m范围内。在相同的送风条件下,可增大短距离抽风方式下的送风温度,以提高掘进巷道内热舒适性和降低能耗。     

机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场特性数值研究

旋转射流屏蔽通风是应用于机掘工作面中的一种新型通风方式.在理论分析的基础上,利用计算流体力学软件Fluent对这种通风方式下机掘工作面风流流场和有害物控制情况进行了数值模拟.结果表明:旋转射流屏蔽通风能在机掘工作面前方形成一旋转风幕,将掘进产生的粉尘阻隔在旋转风幕和掘进端头之间的有限空间内,并在吸口吸气流的作用下将其排出;在旋风流场和抽风筒吸气流的共同作用下,集尘-除尘装置风口前方巷道中心吸风口部位压力较周围压力低,从而使气流向抽风筒汇集,大大提高了吸风口的抽吸效果;旋转射流作用下的吸气流动轴线速度衰减较普通抽吸缓慢,提高了控制粉尘的能力,有利于远距离粉尘的捕集;旋转射流在巷道横断面上形成稳定旋风,使得工作面的粉尘和瓦斯被卷吸到巷道中心,并在巷道中心横向风共同作用下将粉尘和瓦斯带到吸风口附近,有利于吸气风筒对粉尘和瓦斯的捕集.     

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     

冬季自然通风对住宅室内空气品质的改善性能评价

为获得理想的自然通风方式,以改善寒冷地区住宅冬季室内空气品质、营造舒适的室内环境,采用现场实测和理论分析相结合的方法,对冬季自然通风中的室内外环境参数进行了测试,得到了室外环境参数、人工调节方式对室内环境参数及空气品质的影响特征; 针对舒适与健康的双重要求是寒冷地区住宅冬季通风的主要矛盾这一特点,分别采用临界温度、热舒适性、排污效率、人工调节便捷性等指标对不同方案的通风性能进行了评价.结果表明,采用18 ℃的临界温度可保证采暖所需的热能最低值,同时也有利于抑制甲醛、氨等的释放及挥发速率; 各房间的热舒适性均满足相关规范要求,即本文所列举的这4种方案在执行过程中并没有牺牲房间的热舒适性,只是稍微有些偏凉.方案6的排污效率最高,为88%,方案8次之,方案3最低.这与方案6中两进风口关于回风口对称布置,室内平均空气龄最短有关; 4种方案具有相同的人工调节便捷性.综合各方面因素,方案6为本文最佳通风方案.     

矿井风流年龄与矿井空气品质分析

矿井空气品质是矿井通风理论的新思路，是人们认识矿井空气环境的一种科学方法。通过对矿井风流年龄与矿井空气品质分析，重点论述和讨论了矿井风流年龄的定义及其计算；矿井风流污染物的定义，通风分支均匀释放污染物时分支空气污染物浓度的计算，局部集中散发污染物的分支污染物浓度计算；矿井空气品质的定义，任意分支空气品质的计算，分支汇合点的空气品质计算；研究了矿井风流空气品质随时间、空间变化的动态性，分析了矿井空气品质与矿井风流年龄及污染物的关系。矿井空气品质是矿井通风设计和评价矿井风流质量的重要理论依据     

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.     

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。     

熵权法在铀矿井下空气环境安全评价中的应用研究

为科学合理地评价铀矿井下空气环境质量,通过对广东某铀矿及辽宁某铀矿井下空气环境的调查,分析了铀矿井下空气环境的特点及其危害,确定氡、氡子体、铀矿尘、CO、NO2及矿井气候6个指标为影响铀矿井下空气环境质量的主要因素,依此建立铀矿井下空气环境安全评价指标体系.采用模糊综合评价法建立了铀矿井下空气环境安全评价模型,并采用熵权法客观赋权的方式确定各评价指标权重,避免了评价过程中人为主观因素的影响,从而得到比较客观的评价结果.以南方某铀矿井为例,运用建立的评价模型对其井下采场、巷道掘进、天井掘进3个工作面空气环境质量进行安全评价.结果 表明,采场工作面空气环境质量为良好,巷道掘进工作面和天井掘进工作面空气环境质量为中等.其评价结论可为企业优化井下工作场所空气环境质量提供参考.     

金属矿山掘进巷道新型通风除尘系统研究与应用

为了减少掘进巷道的粉尘危害,以某金属矿掘进工作面为研究对象,经过现场调研和理论分析,研究开发了1种适合掘进巷道的新型通风除尘系统。介绍了新型通风除尘系统的结构和工作原理,并将该通风除尘系统应用于掘进巷道的粉尘治理,对该系统在掘进巷道的应用效果进行现场测定。研究结果表明:该通风除尘系统将压风筒布置在巷道中心位置的顶部,抽风筒布置在巷道两侧的呼吸带高度,使得掘进工作面的风流位置控制在1.5 m之下,保障了作业人员的职业健康。系统的湿式除尘风机对掘进巷道粉尘除尘效率达到了91%以上,彻底解决了掘进巷道粉尘污染问题。同时该系统能够实现按需通风除尘,净化后的风流可以循环利用,节能效果显著,在金属矿山掘进巷道生产系统具有较好的应用前景。     

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。     

矿山巷道三种机械局部通风方式的评价

在矿山巷道的掘进作业及隧道的导洞开挖等工程中，常采用局部机械通风，常见的通风方式有抽出式、压入式和混合式。这3种通风方式各有其特点，但从降低作业面粉尘浓度的角度尚未定量计算分析，在建立通风模型的基础上进行了数学分析，为选择合理的通风方式，确定合理通风量来确保工作面区域粉尘浓度达标，提供了理论论据。     

Numerical study on dust movement and dust distribution for hybrid ventilation system in a laneway of coal mine

Coal dust disaster is the most serious problem in a laneway of coal mine. Dust movement regularity for comprehensive mechanized heading face is the key scientific issues for the principle and technology of dust prevention. The special topic on systematic study of the variation regularity of dust movement and dust distribution is presented with hybrid ventilation for the comprehensive mechanized heading face: Euler–Euler method was firstly established on the numerical platform for gas–solid two phase flow in a laneway. And the forces and the dynamic model of dust particles were performed in three-dimensional flow field. Then based on the visible simulations, the movement characteristics of diffusion, sedimentation and accumulation of dust particles were investigated under the action of the complex air flow, and the spatiotemporal variation of dust distribution was studied with hybrid ventilation system. Meanwhile, the obtained dust distribution regularities were compared with the obtainable experimental results. Finally, selected method on different ventilation patterns for dust control was brought out for the heading face according to the gained regularity. The research results is helpful for further understanding of the essence of dust movement with air flow, which could provide more suitable guidance for the principle of dust control and technology of ventilation.     

综掘工作面气水联动除尘装置影响因素及应用效果分析*

为掌握气水联动除尘装置影响因素及现场除尘效果,以便更好应用于现场实际。基于煤矿综掘工作面长压短抽通风控除尘系统,利用数值仿真和正交实验设计分析方法,系统研究除尘装置叶片参数、进风量和进风口位置等因素对除尘效果的影响规律。研究结果表明:叶片安装角为40°,扭转角为4°时,除尘器入口处负压值和进风量最大,而吸风口距工作面5 m、吸风量≥300 m3/min时的除尘效果较好。控除尘系统采用气水联动除尘装置后,各测点全尘除尘效率提高了40.8%~55.4%,呼吸性粉尘除尘效率提高了31.4%~41.3%,应用效果良好。     

掘进工作面贴附射流通风浓差理论研究

掘进工作面压入式通风形成的风流是贴附射流。根据流体力学和射流理论 ,通风射流体结构分为起始段和主体段。风筒出口风流是新鲜的 ,射流周围气体中污染物浓度高于射流体的浓度 ,与射流气体存在浓度差。因此 ,其通风射流为浓差射流。笔者分析了贴附射流主体段、起始段的轴心浓差和质量平均浓差 ,得出了计算模型。同时为研究压入式通风过程中污染物的分布提供了新的理论依据     

大断面公路隧道施工风流分布规律研究

为了采取有效的通风措施降低钻爆法施工的粉尘浓度,以辛庄隧道为例,通过对其掌子面附近风流的现场实测,系统的开展了风流流场分布规律的研究,并采用Fluent软件进行了数值模拟,模拟结果与实测数据基本吻合。结果表明:隧道内风流速度以风筒出口为界,分为射流扩张区、射流收缩区、涡流区、回流区4个部分;靠近掌子面的同一断面上:风速呈“中间小,两边大”的形式,且回流区面积稍大于射流区面积,其中射流区最大断面积约占整个断面积的40%。研究结果对隧道施工通风除尘具有一定的指导意义和使用价值。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

Ventilation Flow Organization for Efficient Elimination of Contaminated Air

Displacement ventilation and well-organized ventilation flow structures are emphasized. Perhaps the biggest advantage of displacement ventilation is its increased effectiveness in removing pollutants from a ventilated space and the efficient use of ventilation air. Several questions on how the systems should be designed to achieve optimal efficiency are still unanswered. Small variations in room geometries and air supply arrangements can totally change the conditions. Results from this investigation show the importance of an even distribution of the incoming supply air, numerically calculated age-of-air values and the influence of residual tracer concentrations on rneasured mean values for the age of air.