基于Fluent的高海拔矿山掘进工作面增氧通风技术研究

为解决高海拔矿山掘进施工中的缺氧问题,基于Fluent软件对掘进巷道的供氧通风进行数值模拟与方案设计。为得到合理的供氧量,分别计算了海拔4 650 m的大气压力和海拔3 000 m大气中氧分压,进而换算出供氧巷道需要达到的氧气体积分数,再结合通风量得到数值模拟所需的供氧量;建立不同的巷道通风模型,通过数值模拟试验得到最优供氧管路布置方案,并在此模型的基础上对供氧量进行优化,并对优化结果加以分析。结果表明:供氧管出口位置对提高氧气与空气混合的均匀程度有极大影响,出口位置应适当降低,且与风筒出口的水平距离不宜过大;掘进巷道在供氧速率为12.46m~3/min时能够达到预定的供氧标准,低于此速率便不能达标,供氧速率过高则造成资金浪费。     

高海拔矿山掘进工作面尾气运移规律数值模拟

为了综合描述高海拔矿井掘进工程中内燃机尾气污染的影响范围和扩散规律,为高原矿井掘进工程施工过程中的通风方案设计提供需风量等关键数据,在对高原作业条件下内燃机械的工况与排放规律进行测定分析的基础上,采用Fluent软件对工作面的尾气运移规律进行了数值模拟,得出了掘进工作面需风量与内燃机工作功率之间的量化关系。结果表明:高海拔矿山掘进工作面的主要污染源为内燃机燃烧不充分所造成的CO排放,且其排放量在内燃机额定工况范围内随转速增大而增加;通过数值模拟过程可以得出巷道中风筒出口需风量与内燃机功率呈正相关性,因而高海拔地区矿山的掘进工程中,可以通过增大压入式通风量的方法解决巷道内尾气污染问题。     

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。     

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。     

高温矿井掘进工作面冰块降温数值模拟研究*

为确定冰块在矿井高温掘进工作面降温中的设计参数,以大红山铜矿西矿段高温掘进工作面为对象,开展通风降温和冰块降温下掘进工作面温度场变化的数值模拟,分析冰块量、摆放方式对掘进巷道工作面附近温度场的影响。结果表明:与只采用通风降温方案相比,增加冰块的降温方案降温效果明显;当冰块摆放方式相同时,冰块量越多,有效制冷时间越长,但增加到一定程度时有效制冷时间基本不变;冰块摆放方式对降温效果有显著影响,在相同的冰块量及同一水平摆放方式下,冰块摆放高度与风筒齐平时的降温效果最佳;当冰块量及垂直摆放方式相同时,距掘进工作面越远,掘进工作面附近温度场温度的分布越均匀,制冷空间越大。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

掘进工作面局部冒顶的地质原因分析

通过对掘过工作面局部冒顶地质原因分析,总结其规律性,并提出预防措施。     

掘进工作面局部冒顶的地质原因分析

通过对掘进工作面局部冒顶地质原因分析,总结其规律性,并提出预防措施。     

掘进工作面围岩散热的有限元计算

掘进工作面的围岩散热是至今尚未解决的一个重要问题。笔者根据掘进工作面围岩温度场的特点 ,分析了移动柱坐标下的导热微分方程 ,合理地确定了温度场边界、划分了单元格 ;推导了该特定导热微分方程的变分方程 ,阐述了有限元解算的原理 ;论述了由温度场解算结果计算围岩散热量的方法。由此原理和方法 ,编制了计算机程序 ,以一个简单的实例 ,分析了掘进工作面围岩温度场及其散热的特点和规律     

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。     

高海拔矿山井下环境对安全人因指标影响机理研究

为探明高海拔矿山井下作业环境对安全人因指标影响规律及致因过程,基于安全工程学原理与正交分析理论,借助高海拔环境模拟试验系统,开展单因素及正交复合因素试验,分析安全人因指标与矿山环境参数定量关系,并利用统计分析软件SPSS进行多元回归分析,构建高海拔矿山恶劣环境条件下各安全人因指标动态预测模型,通过与实测数据比对,验证模...     

地铁区间隧道竖井送风有效风量研究

为得到地铁区间隧道竖井送风有效风量的无量纲计算模型,通过推导地铁区间隧道竖井送风有效风量的无量纲公式,并采用数值模拟方法明确竖井送风有效风量与火源功率、火源距离、阻塞比和竖井送风量之间的量化关系.结果表明:火源功率、火源距离与竖井送风有效风量之间不存在函数关系;阻塞比对竖井送风有效风量影响显著,随着阻塞比的增大,有效风...     

基于Ventsim的南山煤矿孤岛工作面均压通风方案研究*

孤岛工作面掘进期间,采用在原有采空区内掘进进风巷、回风巷、切眼的方案以降低工作面冲击地压风险等级。为了降低此布置方案产生的采空区漏风对工作面的影响,设计了6种均压通风方案,使用Ventsim三维通风仿真软件对工作面实施6种方案后通风系统和风压分布状态进行模拟。通过对模拟结果比较,确定以局部通风机吸风量400 m3/min（方案3）为最优设计方案,并根据方案3对该工作面实施均压通风。对该工作面通风系统实测结果分析表明,局部通风机出口风量为346.8 m3/min,进、回风巷及工作面的通风阻力分别为22.8,29和15.2 Pa,验证了该方案的有效性及可靠性,通风系统风量能保证工作面正常开采,且漏风量较小。最后,对工作面采煤过程中以及推进到停采线时均压通风系统进行了稳定性分析,并提出了管理措施。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生,通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况,建立大气压力波动模型并分析计算,同时建立火区内外压差100,750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应,在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律,以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动,封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化;密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性,内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释;密闭质量差的火区,内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响;火区氧浓度在2%~12%之间波动,以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性;火区内外压差较大时,氧浓度波动变化幅度更大,危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型,可有效地对矿井火区采取安全的防范措施,避免瓦斯爆炸事故发生。     

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。     

高温独头巷道人工制冷降温效果的优化研究*

为优化移动式人工制冷设备在高温独头掘进巷道工作面的制冷效果,通过设置风障形成密闭制冷空间,利用数值计算的方法,分别分析风障距工作面距离、回风管压力、回风管垂直高度对掘进工作面制冷效果的影响。研究结果表明:设置风障能够有效缩小制冷空间,阻隔热量,提高制冷效果;风障与工作面之间的距离对制冷效果有显著影响,风障的最佳布置距离为5 m;回风口压力过大或过小都不利于制冷效果,最佳压力为-70 Pa;回风管垂直高度不同,制冷效果也大有不同,其最佳高度为1 m。利用数值模拟所得工况参数进行现场试验,结果表明风障在高温独头掘进巷道降温中具有良好的实际应用效果。研究结果对高温矿井人工制冷工况优化,提高制冷效果具有指导意义。