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。     

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。     

单台局扇3520m长距离独头巷道通风的经验

1 问题的提出 生产处于尾缩阶段的双鸭山矿务局岭东煤矿为解决生产接续问题,需在井下掘凿一条3500m的单孔巷道。掘进中要穿过二层煤采空区,面临空区瓦斯涌出危害的威胁。在这种情况下,如何确保长距离单孔巷道掘进的通风与安全,是生产实践中急待解决的问题。2 实施方案 （1）单机单列通风。根据巷道设计和配风计算,设计风量为2m~3/s,风筒全长最大压损为2.2～2.6kPa。选用JBT-62型28kw局扇,一台通风用,一台备用。采用30m一节,直径800mm的橡胶阻燃风筒。这种通风方式可送风2830m,风筒末端的风量一般可保持1.2m~3/s,最低0.87m~3/s。     

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.     

局扇通风系统的优化设计

在巷道掘进过程中,局扇通风是最常见的通风方式之一。在满足所需风量的条件下,风筒和动力设备是相互制约的。风筒直径大,气流阻力较小,但风筒成本高;反之,气流阻力较大,通风耗电大。可见,衡量局扇通风的经济性,需综合考虑通风设备费和耗电费。目前,局扇通风设计普遍是凭经验选定风筒直径,然后根据相应风筒风阻来选择风机。此法的主要问题就在于没有把风筒和动力设备结合起来考虑,采用的风筒直径不能保证通风的经济性。另外,现有局     

矿用耐崩风筒在掘进迎头的性能研究

进行矿用风筒现场应用的实际性能实验，可以全面直观的检验风筒的通风性能和抗炮崩能力，对于风筒产品的质量考核和掘进迎头的通风安全具有重要意义。本文针对新型Kevlar耐崩风筒，研究矿用风筒性能的判定指标和检测方法，并在全岩巷道掘进工作面、半煤岩巷道掘进工作面以及全煤巷道掘进工作面进行Kevlar风筒现场应用实验，与我国目前矿山普遍使用的玻纤布风筒的现场应用进行对比，从物理机械强度、通风性能以及掘进成本等方面分析Kevlar耐崩风筒的实际性能，研究Kevlar风筒替代玻纤布风筒的可行性。经过现场应用的实验和检验，Kevlar风筒比目前国内应用的玻纤布风筒性能优越，具有经济、安全、耐用、便捷的特点。     

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。     

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.     

局部通风掘进巷道风筒综合换热系数确定方法研究

在矿井风流与围岩热湿交换理论的基础上,对局部通风掘进巷道内风流与风筒内风流的热量交换过程进行了研究,提出了通过现场测定巷道内的风流温度、湿度、大气压力、风量和风筒内风流温度等参数来计算风筒综合换热系数的方法.并在平顶山煤矿现场进行了实测,通过对实测计算结果的回归分析,得出了确定风筒综合换热系数的计算公式.研究表明,通过计算巷道内平均风速可以获得风筒综合换热系数.     

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。     

An automatic approach for the control of the airflow volume and concentrations of hazardous gases in coal mine galleries

Intelligently controlling ventilation networks after an abnormal air branch is difficult. The key variable-frequency mine ventilator control factors that are used to correct this phenomenon were discussed. To improve the fitting accuracy of the mine ventilator characteristic curves, a database of characteristic curves for mine ventilators operating at different frequencies was established using the interpolation method for optimizing uniform approximations by Chebyshev. The concept of frequency sensitivity analysis by analyzing the sensitive branch in the ventilation network was proposed. The linear function between the mine ventilator working frequency and branch wind quantity was fitted out by experiments. A model based on Tikhonov regularization measured the branch wind quantity to calculate the wind resistance in the ventilation network, which yielded a unique branch resistance model solution. The mine air was monitored by calculating the variable wind resistance from the branch wind quantity. The sensitive branch coupling in the mine ventilator variable-frequency controlled ventilation was analyzed and combined with the control theory for ventilation networks. Two types of variable frequency were controlled to adjust the branch wind quantity, the frequency-concentration (f-w) servo control method and the curve search method. The experimental model was established for the Da Liu-ta coal mine ventilation system using the mine ventilator variable-frequency system controller to adjust the branch wind quantity. Because gas is explosive, CO₂ was used instead of gas for this experiment. The results indicate that the mine ventilator variable-frequency control automatically adjusted the branch wind quantity, which strictly followed the frequency-concentration servo control method and curve search method. Increasing the CO₂ concentration caused the mine ventilator variable-frequency controller to increase the branch wind quantity automatically to maintain the CO₂ concentration under the threshold value. The experimental results also demonstrated both the practicability of variable-frequency regulation for air branch systems and the feasibility of the branch quantity adjusted theory. Theoretical guidance for adjusting the ventilation branch quantity for a variable-frequency mine ventilator was provided.     

皮带输煤暗道通风排尘改造方案优化研究

为了解决皮带输煤暗道运输过程中粉尘污染严重及冬季供暖不足问题,对暗道通风供热系统进行了优化改造研究。以中煤平朔安家岭264输煤暗道为例,基于气固两相流理论,利用CFD模拟方法,对暗道内由风速对悬浮粉尘浓度分布的影响规律进行数值仿真。模拟结果显示:当输煤暗道排尘风速由0.25 m/s升至0.35 m/s时,粉尘浓度降为3.2 mg/m3,暗道最大通风阻力为245.94 Pa,最低换热量747.68 kW。基于数值模拟结果,从3种优化方案中选定一压一抽联合式通风除尘方案进行改造,现场实测除尘效果良好,表明所提出的输煤暗道通风除尘方案具有实践指导意义。     

隧道火灾集中排烟模式下的排烟效率研究

排烟效率是衡量集中排烟火灾通风方案排烟效果的重要指标。为合理分析排烟效率的变化特性,结合某隧道集中排烟系统设计,借助CFD技术,对设置有排烟道的隧道进行了火灾烟气控制的模拟分析,研究了排烟阀开启个数、开口面积和设置间距对双向排烟和单向排烟两种集中排烟模式下不同排烟阀设置方案中总排烟效率和各个排烟阀的排烟效率的影响。结果表明,集中排烟模式可有效将火灾烟气排出隧道。当排烟阀对称开启时,双向排烟模式下,减少排烟阀开启个数,单个排烟阀的排烟效率升高,但总排烟效率降低;当开口面积较小时,增大面积,总排烟效率升高明显,继续增大开口面积时总排烟效率升高效果减弱;增大间距有利于隧道排烟。单向排烟模式下,当排烟阀开启个数较多或开口面积较大时,距离风机最远的排烟阀排烟效率降低,并出现烟流流出排烟道的现象,排烟阀失效,可考虑在非排烟侧开启少量排烟阀,增大间距,使总排烟效率升高。     

长大区间隧道抽出式串联通风机排烟能力实验研究

为实现有效通风以降低隧道火灾带来的损失和伤亡,依托青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间隧道,建立线性比尺为1∶15的隧道通风排烟模型实验系统,针对通风机串联单抽,围绕3种通风机频率匹配组合,测定单机的变频频率值、电功消耗、排烟道与行车道的断面平均风速以及右侧行车道静压。研究结果表明：在相同功率消耗下,不同频率匹配的串联通风机排烟效果存在差异;针对此差异,利用气体挡烟墙性能及其计算欧拉数值比较发现,风井近端的通风机频率较大时,下游对污染气流的抵抗力更强,拥有更好的排烟效果。研究结果可为隧道火灾提供更有效率的防灾救灾数据支持,并从欧拉数方面为研究隧道临界风速提供新角度。     

交通荷载作用下超浅埋隧道洞口段变形及控制研究

为研究交通荷载作用下超浅埋隧道施工的安全性及其控制方法,利用功效系数法分析隧道施工时的风险程度,结合有限元软件模拟交通荷载作用下隧道的变形特征,并探究不同开挖方法及支护条件下隧道变形情况,最后与现场实际监测数据进行对比。研究结果表明：交通荷载对隧道施工影响较大,施工时应采取管制措施;隧道下穿段施工风险较大,应采用双侧壁导坑法开挖;单层大管棚加小导管注浆的超前支护措施可以保证隧道施工安全进行。     

敞开式TBM施工隧道粉尘扩散及除尘系统研究

TBM掘进过程中产生大量粉尘，为了掌握粉尘的分布规律并优化除尘系统，以敞开式TBM为例，采用数值计算方法研究不同除尘风管位置，不同除尘风速和不同掘进面产尘量下的洞内粉尘浓度分布规律。研究结果表明:敞开式TBM隧道施工过程中，掘进面至除尘风管区域质量粉尘浓度较高，在除尘风管口后方区域下降到 2 mg/m3以下；除尘风管布置在距掘进面30 m位置处时，洞内沿程粉尘含量相对较大，除尘风管布置在距掘进面20 m位置处时洞内沿程及TBM支护区域粉尘含量相对较小；排风风速为15 m/s时，敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度最小，排风风速为30 m/s时，该区域粉尘质量浓度最大；掘进面产尘量越大，洞内沿程及敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度越大，不同产尘量下洞内粉尘浓度均在除尘风管后方达到规范限值以下。     

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。     

纵向通风对长大隧道火灾烟流控制分析

基于我国在长大隧道火灾安全体系研究方面的需要,采用CFD方法对长大隧道纵向式通风控制火灾烟流的问题进行了数值模拟计算,研究不同通风条件对烟流的控制效果,得出了在满足控制烟气回流的基础上排烟风速的提高与所取得的降温效果对比,以及风流经过火区后的蔓延增长变化,同时总结出烟流温度分布特征及对隧道结构不同部位的危害,可为隧道的防火与通风方案的制定,以及灾后检测评定工作提供相关的理论依据和参考。     

前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度研究*

为研究前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度,基于断裂力学和弹性力学理论,分析节理裂隙在开挖扰动和岩溶水压共同作用下的扩展起裂机理,建立隧道围岩节理翼裂纹扩展模型,将防突层厚度分为扰动带厚度和节理带厚度,提出含节理隧道掌子面最小防突层厚度计算方法;根据算例分析不同方位溶洞下节理长度、节理倾角、掌子面开挖大小等参数对最小防突层厚度的影响规律。结果表明:掌子面最小防突层厚度随溶洞方位角增大先增大后减小,在方位角为30°时出现峰值;防突层厚度受节理几何特征影响明显,防突层厚度随节理长度增大而增大,防突层厚度随节理倾角增大先增大,在达到峰值厚度后开始减小;溶洞方位角超过25°时,开挖半径对最小防突层厚度影响显著。该结论对岩溶地区的节理隧道开挖安全施工具有参考意义。     

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.