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。     

综掘工作面压入式风筒出口有效距离研究

综掘工作面是井下粉尘的重要污染场所。对压入式通风综掘工作面而言,压入式风筒出口距掘进头的距离是一个非常重要的工况参数。如何在有效距离范围内提高减尘率也是一项值得研究的工作。采用气固两相流数学模型来研究掘进工作面的粉尘运移规律,采用基于欧拉-拉格朗日法的离散型模型(DPM)模拟粉尘在气场中的运动。采用三维立体模式,借助流体力学软件Fluent对综掘工作面压入式风筒出口距掘进头不同距离时的粉尘运移规律进行数值模拟。综合分析风筒出口距掘进头不同距离时的风速云图和粉尘粒子轨迹及其逃逸统计后发现,在风筒出口风速为12 m/s时,风筒出口距掘进头距离在5~10 m较合适,排尘效果较好;而综掘机安装上挡尘板后,风筒出口距掘进头距离在5~8 m较合适,且同距离情况下,运移到司机处的粉尘粒子较之前明显减少,控尘效果较好。现场应用结果表明,当压入式风筒出口距工作面煤壁距离为6.0~8.5 m时,安装挡尘板后综掘机司机处的粉尘质量浓度减尘率达21%,效果良好。     

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.     

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。     

钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究

为了提高钻爆法施工隧道炮烟排烟效率,改善隧道施工环境,以平顶山隧道某一段爆破施工过程为原型,基于质量守恒定律、Fick定律及Boussineg假设,运用计算流体力学软件FLUENT建立压入式通风条件下组分运输模型,分析风筒口至掌子面的距离及风筒入口风速对隧道内风流流场及炮烟浓度分布规律的影响。结果表明:风筒口至掌子面40 m,入口风速为20 m/s,通风时长为18.5 min时,隧道内风流分布稳定,且炮烟浓度均降至最高允许浓度值以下。将模拟结果与现场实测的炮烟浓度分布情况进行对比分析,数据基本吻合,验证了模拟的有效性。     

隧道施工中悬浮物分布和排出的探讨

目前国内隧道施工中,通风布置不合理的现象普遍存在,大多数施工隧道中风管送风口距工作面的距离超过施工规范的要求。本文对这种情况下隧道内的悬浮物分布进行了观测,为隧道通风效果评价提供依据. 施工隧道为双线电气化隧道,全断面开挖,开挖高度约10.5m,宽度约10.6m。钻眼、装药、运碴各工序约16小时循环一次。燧道出口段掘进长度为1250m,进口段掘进长度为1050m,均采用压入式通风,由隧道外引风入洞。进风管铺设长度为870m,距掘进工作面180m;送风管位于衬砌工作台之后,铺设长度为1000m,距掘进工作面250m,随着衬砌台向洞内深处移动。由于     

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。     

局部通风风筒直径的选择

应用局部通风提高掘进工作面空气质量是非常普遍的,局部通风的通风效果和经济性与风筒的选择密切相关.从风筒的购置费用、通过风筒局部通风消耗的电费及风筒日常的安装维护费用等最低经济条件下,定量分析了使用经济风筒直径在局部通风系统中的优点,并且得出了经济风筒直径计算式.通过实例验证了经济风筒直径计算式的正确性,获得了工作面所需风量与经济风筒直径的关系.在独头巷道的断面尺寸允许条件下,尽可能采用经济风筒直径进行局部通风,能降低通风能耗、提高风量,达到较好的通风效果.     

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%。     

风筒出口位置对掘进工作面瓦斯分布的影响

根据计算流体动力学(CFD)理论,运用Fluent软件对掘进工作面的风流流场及瓦斯分布进行数值模拟,研究了在断面形状为梯形的掘进巷道中,瓦斯从掘进迎头和巷道两帮均匀涌出时,风筒出口离掘进迎头的距离对掘进巷道中风流流场和瓦斯分布的影响.结果表明: 压入式局部通风掘进巷道工作面风流从风筒出口流出后,沿风流方向瓦斯浓度逐渐增大,在靠近迎头处巷道两帮底部和顶部瓦斯浓度较高;随着瓦斯涌出量的增加,由于高浓度瓦斯密度降低而产生的上浮力的作用,在靠近迎头的上部区域发生瓦斯沿顶板逆风流方向流动的现象;上浮力的作用会改变流场的分布状况,在靠近迎头处产生涡流;风筒出口离掘进迎头越近,风流到达迎头时携带的瓦斯量越少,且迎头处的风速越大,靠近迎头区域中的瓦斯浓度越低.     

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。     

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。     

大型地下洞室施工期间排烟数值分析及需风量计算方法研究

对大断面洞室在爆破后工作面烟气快速达标的影响因素进行了事故树分析,基于分析的要素运用Fluent仿真模拟软件对其开挖爆破后的通风排烟进行了仿真模拟。通过改变风筒的风量值,对不同断面的洞室进行了数值模拟试验。结果表明:大断面洞室烟气稀释时,不同的风筒送风量导致排烟时间不同,但总需风量体积基本保持定值;对总需风量体积影响较大的因素是洞室的全断面;洞室内距掌子面200 m左右范围内风速方向、大小不断变化,形成涡流。将数值试验结果与已有的矿用风量计算公式进行对比分析,并对其进行修正,得出大断面洞室在爆破开挖时,稀释烟气所需总风量计算公式,该公式适用于断面在200~600 m2的大型地下洞室爆破后排烟需风量的计算。     

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。     

长距离掘巷局部通风计算风筒中风量风压的一种新方法

长距离掘进巷道通风时风筒进风口和出风口会有大的风量差和风压差。为了选择合理的风机通风,需要研究风筒中风量、风压的变化规律。常规方法是利用经验或实验得到风筒接头平均漏风量,从而计算进风口的风量和风压。但对于长距离通风且每段风筒较小时该方法所计算的参数偏小,会对风机选型造成误差。本文另辟蹊径,根据风量、风压平衡定律,按照非连续性通风网络模型推导出了进风口的风量、风压与出风口处的关系,并给出了简化的近似关系,作为风筒通风参数计算的新方法。结合具体实例,发现参数近似值与精确值高度相似,说明可以利用近似关系进行计算,简单方便;同时比较了按新方法和常规方法计算的风筒进风风量和通风阻力的差异,结果表明长距离掘进巷道的风量风压按新方法计算更为科学。     

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。     

特长隧道风仓接力通风关键参数及其效果研究

通过长斜井进入正洞施工的特长隧道,往往面临独头通风距离过长、工作面风量不足等问题,造成污染物难以在规定时间排出洞外。以衢宁铁路鹫峰山隧道风仓接力施工通风为依托,采用数值模拟方法研究了风仓长度、隔板长度及风机布置方式对轴流风机通风效率的影响,分析了原压入式通风和风仓接力通风洞内CO运移特性。结果表明,风仓长度从10 m增至25 m时,轴流风机通风效率大幅提高,风仓长度大于25 m时,对轴流风机通风效率的影响不大。设置中隔板会影响空气在风仓内的分流并产生较多旋流,从而降低风机通风效率;轴流风机远离斜井端对称布置,风仓内部风流的引流速度和引流范围最大,风流运动路径最优,通风效率最高。由于压入式通风受限于斜井断面尺寸及现场布置方式,当通风距离超过3 000 m后,无法满足洞内作业环境规定的条件。在正洞与斜井交叉部位设置密封的风仓,形成接力通风,能大幅度延长通风距离,提高通风效率,改善洞内空气质量。     

压入式局部通风倾斜巷道掘进工作面瓦斯分布规律

运用Fluent软件对压入式局部通风倾斜巷道掘进工作面瓦斯分布进行了模拟.比较了向上掘进和向下掘进巷道中瓦斯分布的不同;分析了风量对向上、向下倾斜掘进巷道中瓦斯分布的影响;研究了消除瓦斯高浓度区域向上、向下倾斜巷道所需风量的差别.结果表明:当条件相同,即风筒出口平均风速、倾斜角度和迎头瓦斯涌出量相同时,向上倾斜掘进工作面的高浓度瓦斯区域比向下倾斜时的高浓度瓦斯区域大;当回风流中瓦斯平均浓度不变时,随着风量和瓦斯涌出量的增加,由于风量的增加使到达迎头的风速变大,使空气和瓦斯混合得更加均匀,向上倾斜掘进工作面的高浓度瓦斯区域和向下倾斜的高浓度瓦斯区域之间的差距逐渐减小.消除高浓度瓦斯区域所需的风筒出口风量向上倾斜掘进巷道比向下倾斜掘进巷道大.     

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1～2m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...