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。     

基于矿井通风三维仿真系统软件的矿用空气幕选型方法

根据矿井风流调节的具体要求,合理选择矿用空气幕的型号是应用矿用空气幕技术的关键。在分析矿用空气幕选型依据及原理的基础上,应用矿井通风三维仿真系统软件模拟矿用空气幕运行的效果,来研究确定矿用空气幕的选型参数及影响因素。结果表明,应用矿井通风三维仿真系统软件所选择的矿用空气幕与理论推导的计算结果一致,此方法能够最大限度地反映矿山实际情况,具有直观、高效等特点。     

用空气幕代替风门

现用风门中用得好的并不多,以致经常造成压入式通风系统大量漏风。为此,我厂在井下试用空气幕代替风门阻断风流,取得了一些经验。将扇风机产生的风流,通过供风器形成扁平幕状的高速射流(空气幕),用以阻断需要截断或减弱的风流。我厂历时一年的试用结果表明,供风器安装角(指供风器喷出口方向与巷道走向的交角)为35～50°时,可在巷道内形成喷射夹角为78～25°的空气幕;巷道内通风压力的大小对空气幕的影响很大,在高压区,空气幕喷出1米就离开了     

大型复杂矿井通风系统的共性问题分析与优化实践

随着采矿业的迅速发展,我国部分地下金属矿山开始步入深井开采,矿井通风网络越来越复杂,给矿井通风带来很多的难题。在调查分析我国大型复杂金属矿井通风系统普遍存在的影响井下风流有效分配、通风能耗偏大、漏风量大等共性通风难题的基础上,提出复杂矿井通风系统优化方法,并举例应用矿井通风三维仿真系统,从矿井通风网络、通风动力和风流调控设施等方面优化出技术经济可行、安全高效的矿井通风系统方案,确保复杂大型矿井通风系统运行的安全可靠。     

改扩建矿井通风系统考察与优化

通过对国内部分改扩建矿井通风系统进行调查、测定和分析,应用矿井通风系统鉴定的基本指标、综合指标和辅助指标,查找各改扩建矿山通风系统存在的共性通风问题,归纳分析影响改扩建矿井通风效果的主要原因。针对主要通风问题,提出了改扩建矿井通风系统的通风设备、通风网络、风流调控设施的优化方法和矿井通风管理措施,在改扩建矿井通风系统改造中取得了良好的效果,值得推广应用。     

动压通风与K系列节能风机的应用

动压通风方法用予风流控制与调节,效果显著,方法简便,很有实用价值。本文提出了宽口大风量空气幕和宽口大风量无风墙辅扇的新观点。通过现场试用,认为K系列风机用动压通风有很好的节能效果,可作为动压通风的配套风机。     

基于矿井通风三维仿真系统的多级机站通风系统优化与应用

为分析总结多级机站通风方式实际应用中存在的影响通风效果的共性问题,以某大型机械化铁矿通风系统为研究对象,应用能适用多台风机串并联运行的"矿井通风三维仿真系统(简称3DVS)"软件进行应用研究。结果表明,3DVS软件可以快速地实现多级机站通风系统中不同型号多台风机联合作业下的风机选型。采用安装在运输巷道两侧的硐室型风机机站技术能有效解决大压差、大断面运输巷道不安装风门、不掘绕道设置风机机站的关键问题,实现风流有效分配,且具有较好的灵活性,其成功应用,不但为多级机站通风方式的应用提供了技术和经验支持,而且增强了多级机站通风方式的适应性和稳定性,可以减少风机机站维护工作量,不影响行人和运输,促进多级机站技术发展与推广。     

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.     

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     

湘西金矿沃溪矿区通风系统改造研究

基于矿井目前通风系统存在的问题,运用子域分区单元子系统通风方式、不同类型的中段通风网路、风流净化、入风流预冷、自然风压的合理利用等技术对通风系统进行 了优化改造.系统改造后,风量充足,风流稳定,通风能力与生产能力相适应,较好地解决了深部通风问题,取得了显著的技术效果和节能效益.     

通风网络分支风量与风机频率及变频 灵敏度的关系研究

为了定量描述主要通风机变频调风时通风网络风量变化的差异性,推导了分支风量随频率变化的函数关系式,表明分支风量与风机频率呈一次函数关系,依此可以精准高效地进行变频调风,并预判待调分支是否满足调风要求以及对非待调分支风量变化的影响。提出了变频灵敏度的概念,定量地反映了通风网络各分支风量相对于频率变化的敏感程度,其值可用风量与频率函数的斜率表征。通过理论推导可知变频灵敏度与分支风量具有相同的数值分布规律,得出风量越大的分支在变频调风时风量改变量也越大的结论。分析了所述理论对矿井变频调风工作的指导作用,并通过矿井变频调风时的风网解算验证了理论的正确性。     

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。     

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。     

Determination of the applicable exhaust airflow rate through a ventilation shaft in the case of road tunnel fires

In this study, a model experiment in a long road tunnel employing the longitudinal ventilation system with a ventilation shaft is carried out during a fire accident to determine the optimum exhaust airflow rate through the ventilation shaft. The appropriate operation of the shaft fan according to the position of fire is investigated, and the optimum exhaust airflow rate for prevention of smoke spreading through the tunnel is determined based on the entire exhaust of both smoke and airflow generated by fire and jet fan operation, respectively. As a result of using the amount of smoke, the critical air velocity produced by jet fans, the effective cross-sectional area of a tunnel and the correction factor, a formula for exhaust airflow rate is drived. In addition, a correction factor (α = 1.1) for the thermal expansion caused by heat of a 20 MW fire is determined theoretically and experimentally. It is expected that this study will contribute to plan the shaft operation for the emergency ventilation as well as provide the preliminary data to design the airflow rate of shaft.     

基于能位测定和示踪检测法的地下煤火漏风状态研究

应用能位测定法和示踪检测技术联合检测了鸡西老二井火区地下漏风状态。通过测试计算相对总压值得出了火区范围内井巷系统与采空区的风流关系,进而定性确定了火区内老二井与胜利井之间存在的可能漏风路径。在此基础上,利用瞬时释放示踪气体法确定了胜利井和老二井间的漏风方向和漏风速度,计算得出了火区下采空区内平均直线漏风风速为0.13m/s,漏风量为776m3/min。研究结果为矿区采取针对性的防灭火措施提供依据,并为同类问题的解决提供参考。     

矿井防爆门、盖自动封堵装置研发

煤矿井底发生煤尘瓦斯爆炸事故时产生的冲击波会冲开风井防爆门、盖,引起主风机风流短路,井底风流紊乱、通风系统瘫痪,导致毒害气体扩散、瓦斯积聚,引发二次爆炸。为了减少因此造成的损失,研发了一种在防爆门、盖被摧毁后能自动封堵的装置,通过感应防爆门盖的损毁信号控制充气动力设备对气囊折叠体进行充气,折叠体被充气弹出储藏硐室,沿支撑架构延展、膨胀并充满井筒横截面,实施对风井的密封,以维持灾后井底持续通风,降低灾害后果,为井底幸存人员的生存与自救提供有利条件。     

矿井通风信息界定与分类研究

为了改善我国煤矿通风安全状况,研究矿山通风信息的采集和处理.将通风管理人员纳入通风系统的概念中,从建立矿井通风信息管理系统的目的出发,确定了信息界定的原则、依据、方法和范围.将矿井通风信息分为通风动力信息(机械动力信息和自然风压信息)、通风网路信息(网络结构信息和分支信息)、通风调控设施信息(风门、密闭、调节风窗、风帘、风桥信息)、通风管理人员信息和矿井空气品质信息(反映人舒适度及对人有益、有害物质浓度的信息),并分别界定了每一类包含的信息,共191个单独信息.     

矿井通风三维仿真系统及其应用研究

介绍了矿井通风三维仿真系统的原理及特色,阐述了模拟矿井通风整体网络所需要的调研内容。结合某大型矿山矿井通风系统实例,针对其矿井总风量不足、大型机械化作业盘区环境恶劣、自然风压影响大、通风构筑物不完善等问题,拟定了三个技术方案,并通过矿井通风三维仿真系统进行模拟分析,展示了矿井通风系统三维仿真、方案优选、空气幕选型、自然风压等模拟原理和过程。最后,通过模拟确定的矿井通风系统最优技术方案实施后,其现场测定数据与模拟数据基本吻合,证明了系统的可靠性,改善了井下通风效果,保证了矿井安全高效的生产工作。     

变频调风时通风系统风量可靠性评价数学模型

以合格的风量范围为视角对风机变频调风时通风系统风量的可靠性进行理论研究,基于大数定律,充分考虑风量波动性的同时,可将概率向频数比率转化,以此对变频调风的分支风量可靠度进行定义。推导了对自然风压考虑与否的两种常态频率风量与所需频率风量的转换公式,基于此,通过测量常态频率的风量,预测所需频率风量的可靠度,进而在风机调频前对未知可靠度进行预判。以分支数为行、测量次数为列,推导并构建通风系统的风量可靠度矩阵和可靠值矩阵,前者强调超限次数,后者强调超限额,从理论上分析了其与风机频率的关系,并基于转换公式预测所需频率可靠度/值矩阵。