掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制

针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题，研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的整体架构进行分析，基于流场相似与模化理论对掘进面进行了相似还原设计，确定了风速、瓦斯及粉尘隐患监测点位置，完成了基于ZigBee及GPRS技术的数据采集及传输架构，利用PLC控制技术实现了风流智能调控装置的动态调控，并研发了上位机系统。以柠条塔矿S1202掘进面为对象，对研制的风流监测及适应性智能调控原型系统进行了测试，结果表明：出风口距迎头5 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了48.94%和34.36%,平均瓦斯体积分数降低了41.18%;出风口距迎头10 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了38.04%和41.36%,平均瓦斯体积分数降低了43.02%,验证了风流适应性智能调控的可行性。     

基于COMSOL的采空区埋管抽采参数优化数值研究

针对回采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,提出了回采工作面采空区埋管抽采的方法。以保德煤矿81307工作面为研究对象,运用数值模拟软件COMSOL模拟采空区无抽采和不同抽采参数条件下工作面内瓦斯分布规律,研究埋管抽采参数对上隅角瓦斯浓度的影响规律,确定最佳的采空区埋管抽采参数。同时进行现场抽采参数优化试验,对瓦斯浓度进行监测,研究结果表明:合适的布置间距、抽采负压和抽采流量能够有效解决上隅角瓦斯超限问题,试验期间内,上隅角瓦斯体积分数最大为0.74%,进风流中瓦斯体积分数最大为0.2%,工作面风流中瓦斯体积分数最大为0.45%,回风流中瓦斯体积分数最大为0.5%,均没有超过安全标准。     

矿井反风时期网域系统瓦斯运移仿真

为了解矿井反风时期矿井系统网域中瓦斯运移及其体积分数分布的变动,以九里山矿井为实例,运用TF1M3D进行仿真分析。根据反风时采空区瓦斯分布换向变化和涌出处在最低值期的特征,指出反风后系统瓦斯涌出源主要来自采煤工作面。模拟得到反风时期工作面瓦斯体积分数的变化规律是,在实施全矿反风后,工作面回风道的瓦斯重新回流至工作面,与工作面内涌出的瓦斯重复叠加形成体积分数高峰瓦斯风流,致使反风后原来进风巷中回风流瓦斯体积分数增高;反风刚开始时瓦斯体积分数陡增,待峰值过后,瓦斯体积分数逐渐呈阶梯式降低。模拟结果反映出反风时采煤工作面中回流瓦斯与涌出瓦斯形成二次叠加的存在性,而所产生的瓦斯体积分数高峰值与矿井回风网络系统的结构有关。高峰瓦斯风流影响矿井反风过程的安全性,因此不但应连续检测工作面的瓦斯体积分数变化,更应提前做好应对措施和技术预案。     

连采掘进面压入式通风下最佳风场调控规则研究

针对连采掘进面压入式通风系统不能实时改变风流状态造成风场分布不均、瓦斯及粉尘积聚严重等隐患问题,提出利用风筒出风口风流动态调控来优化风场分布,进而达到高效通风降尘需求。采用流场数值模拟及井下实测手段提取风流调控参数与风速、瓦斯及粉尘质量浓度关联关系的样本数据,利用K-means算法和四段式编码建立风场调控下的瓦斯及粉尘质量浓度信息库,基于小生境遗传算法建立最佳风场调控规则获取方法并开发参数化程序。利用自主研制的风流调控装置在柠条塔S1231面进行最佳风场调控规则井下测试验证和效果分析。结果表明：出风口距迎头最近距离5 m和最远距离10 m时实测值均在调控规则计算值范围内,距迎头5 m时司机处粉尘质量浓度最高降低46%,回风侧粉尘质量浓度最高降低49%;距迎头10 m时司机处粉尘质量浓度最高降低55%,回风侧粉尘质量浓度最高降低52%;验证了调控规则的准确性和有效性,可为连采掘进面的风场动态调控提供理论依据。     

基于LBM的集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延仿真

应用速度-浓度双分布格子Boltzmann模型建立了基于LBM的瓦斯蔓延速度模型和浓度模型,并通过Boussinesq方程将2个模型有机耦合起来.采用基于分块耦合算法的速度-浓度LBM模型将巷道分成若干规则的块,对各块分别独立计算,仅在边界处交换数据,从而去除冗余网格,简化了网格计算,提高了系统资源利用效率.模拟实例结果表明,通过该模型可得到集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延的直观信息和其速度、体积分数、压力等大量数据,还可以得到每条巷道内瓦斯体积分数峰值及其个数、位置和到达时间,从而能提供有效避开高浓度瓦斯的方案.集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延一段时间后总体体积分数会降低,但是由于某些位置(如巷道拐角、巷道风流交汇处)的风流处于紊流状态,其瓦斯体积分数相对比较高,人员进入矿井时应尽量避免在这些地方停留.     

独头巷道中利用可控循环风通风的试验

可控循环风在国外的矿山掘进巷道及采区工作面的粉尘控制方面得到了成功的应用,取得了良好的通风与节能效果。但国内尚处于试验阶段。1 可控循环风的利用 图1是工作面排尘通风利用可控循环风的原理示意。设工作面的产尘强度为F（kg/s）,新风入风量为Qi（m~3/s）,循环风量为Qr（m~3/s）,工作面的粉尘浓度为n（kg/m~3）,新风中初始含尘浓度为n_0（kg/m~3）,除尘器效率为η（％）。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律研究

为了探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,采用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究瓦斯体积分数和煤尘质量浓度的改变对火焰传播规律的影响。结果表明:1)加入煤尘后的瓦斯爆炸火焰传播速度显著增大;2)在爆炸腔体内,瓦斯体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越接近50 g/m3,爆炸火焰传播速度越快;3)在传播管道内,大量的氧气从开口端进入参与反应,瓦斯体积分数和煤尘质量浓度较大的试验组,火焰传播速度会迅速上升; 4)煤尘质量浓度和瓦斯体积分数存在最佳配比,煤尘质量浓度和瓦斯体积分数偏离最佳浓度配比程度较大时,火焰传播加速度下降,传播距离变短。     

全岩巷综掘面粉尘防治技术

根据店坪煤矿+900m水平全岩巷综掘工作面的基本情况,确定了综掘工作面粉尘治理总体技术方案:采用高压外喷雾高效降尘,并控制粉尘向外扩散;采用涡流控尘装置高效控尘,防止粉尘向巷道后方扩散;采用除尘系统将掘进头的含尘风流吸入湿式旋流除尘器净化处理,排出洁净风流.     

谈谈矿井循环风流

人们一般认为循环风流会使井巷的入风流减少,并且循环风流往往都是污风流,若不加以控制,会污染矿井环境,可能成为瓦斯或粉尘浓度超限的根源。然而,根据有关资料,也有的认为在一定条件下,只要控制恰当,循环风流可用来解决井下某些通风问题。本文以独头巷道通风为例,对循环风流作粗略讨论。循环风流的危害性问题在图1中,设Q_2>Q_1,于是有Q_1-Q_1=ΔQ的循环污风流,与Q_1新风流一道参与工作面的通风。设该工作面的产尘量为C毫克/秒,此粉尘在任一时刻都均匀分布在     

协同通风影响全断面隧道掘进机工作面岩尘分布规律研究

针对全断面掘进机施工过程中,产生大量岩尘影响施工人员工作环境的问题,采用理论分析、数值模拟与现场测定相结合的方法,以青岛地铁2号线全断面隧道掘进机工作面为对象,对协同通风影响全断面隧道掘进机工作面风流运移与岩尘污染分布规律进行研究。结果表明:在复合式通风模式和一定条件下,在隧道中段会形成由主通风与回风主导的耦合风场;当协同通风量(Qcv)从6 m3/s增大至12 m3/s时,产生的岩尘可控制在距掌子面77.2 m的范围内;当Qcv=8 m3/s时,岩尘最小扩散距离为44.7 m,工作区周围岩尘浓度约为30.1 mg/m3。     

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。     

抽出式通风煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟

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）对掘进工作面通风过程中粉尘浓度进行数值模拟，总结抽出式通风掘进巷道中粉尘浓度的沿程分布及变化规律。     

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。     

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。     

“U+L”型通风综采面合理挡风帘长度确定

合理长度的挡风帘可以有效减少工作面漏风量,避免瓦斯超限、爆炸等事故发生,保证工作面安全生产。模拟了有无挡风帘时和不同挡风帘长度时“U+L”型通风综采面采空区流场、瓦斯分布及上隅角等地瓦斯情况,验证了数学模型和参数的适用性,分析了挡风帘对采空区压力分布及瓦斯分布的影响,确定了“U+L”型通风综采面合理挡风帘长度。研究表明:挡风帘对采空区压力及瓦斯分布都有重要影响,挡风帘可以使采空区内特别是挡风帘遮挡区域采空区压力下降、瓦斯浓度升高; 随着挡风帘长度的增加,上隅角瓦斯浓度变化不大,采煤机机尾瓦斯浓度逐渐降低,滞后横川瓦斯浓度呈增大趋势;综合分析确定该采面合理挡风帘长度为120 m。     

采场通风方式与瓦斯运移规律研究

采场是煤矿生产的核心地带,而采场通风系统是确保采场作业安全,创造良好生产环境的重要环节。本文以采场风流流动及瓦斯运移理论为基础,通过现场试验、模型模拟试验及计算机模拟研究等方法,着重研究了中国常用的和有发展前途的走向长壁后退式U型通风方式、U+L型通曲方式、后退式Y型通风方式条件下采场风流流动及瓦斯运移规律。     

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。     

煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究

分析瓦斯爆炸事故的瓦斯积聚原因、引爆火源和引爆地点等事故特征及其分类,统计并分析1988—2008年发生的563次瓦斯爆炸事故的基本特征和耦合规律,结果表明:通风混乱等通风系统问题导致瓦斯缓慢积聚的瓦斯爆炸事故占90.6%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯占事故的78.6%;发生在采掘工作面的瓦斯爆炸事故占69.4%;通风系统问题导致瓦斯积聚的瓦斯爆炸事故主要发生在采掘工作面和巷道,占81.3%;通风系统问题导致瓦斯积聚的事故其引爆火源主要是电火花,占72.8%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯主要发生在采掘工作面和巷道,占73.2%。有效预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故需切实加强通风管理、电气管理和严格放炮操作与程序。