独头掘进巷道排柴油机尾气通风参数的数值模拟优化研究

为了分析地下无轨独头掘进巷道内柴油机尾气的迁移规律,以衢州某地下工程大断面独头掘进巷道为对象。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟了压入式通风方式以及不同柴油机负荷率情况下,巷道内柴油尾气浓度随风筒出口距掘进面距离和安装高度的关系。获得的结论为:在两种柴油机负荷率下,压入式的风筒距工作面的距离为13~15 m,距地面3 m时,排柴油机尾气效果最好;固定风筒距地面高度3 m,随着风筒距工作面的距离增加,在独头掘进巷道内柴油机尾气平均质量浓度先减少后增加。     

全断面高效快速掘进工作面粉尘分布规律数值模拟

为优化全断面高效快速掘进工作面局部通风布置,改善通风除尘效果,以神华煤炭集团大柳塔煤矿52502工作面为研究背景,利用GAMBIT软件建立工作面几何模型,基于标准k-ε紊流模型和离散相DPM模型,运用FLUENT软件对长压短抽方式下的工作面粉尘分布规律进行数值模拟。结果表明:粉尘总体沿巷道回风侧分布,粉尘集中带为距工作面端头15 m范围内和巷道回风侧中下部;大断面下压入式通风有效射程为15~16 m;当前抽出式风筒左侧吸风口处于压入式风筒有效射程内,影响除尘效果;延伸抽出风筒出口位置至工作面掘进机处,能有效改善除尘效果。模拟结果对改进快速掘进工作面通风除尘系统具有重要指导意义。     

掘进工作面硫化氢涌出运移规律研究及COMSOL数值解算

使用Fick扩散定理来描述硫化氢在掘进工作面的运移规律,结合N-S方程构建的掘进工作面气体流动模型,建立掘进工作面硫化氢运移扩散物理模型。应用COMSOL软件进行多物理场耦合进行数值模拟,模拟结果结合现场数据加以验证。模型计算结果表明:从风筒流出的风流在掘进工作面会形成一个类似"U"型的流场;从掘进机钻头处涌出的硫化氢主要聚集在掘进机前方的回风侧;在掘进机前方的垂直方向上,随距底板距离的增加,硫化氢的浓度逐渐减少;从掘进机前方的进风侧到回风侧,在水平方向上,硫化氢的浓度逐渐增加;在距离底板1.55 m的水平方向上和掘进机司机的位置处,均有扩散后的硫化氢。结果表明:当硫化氢从掘进工作面端面涌出时,治理硫化氢的重点是掘进机的前方以及回风侧,同时兼顾掘进机司机以及其他工作人员的个人防护措施。     

考虑风筒破损对隧道施工过程中CO排出的影响机制

为研究隧道施工通风过程中风筒破损对一氧化碳（CO）排出的影响,依托城开高速鸡鸣隧道,运用孔口流量理论,考虑风筒内流速、孔口与开挖工作面距离和孔口数量三个因素,基于数值模拟方法,研究风筒破损对CO排出的影响。研究表明：在风筒破损面积相同的前提下,漏风率随送风量的增加而增大;开挖工作面处的CO浓度在通风1min后达到峰值,约为3.5%;风筒破损会对隧道内的CO稀释产生滞后效应,滞后时间为1~3min并且送风量越小滞后效应越明显,最终导致距洞口25m范围内的CO浓度高于规范要求;通风长度区域内,三个因素中对CO排出的影响依次为：风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量;整体隧道内,影响依次为：风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量。并提出了通风设计和孔洞修补两方面的建议。     

油型气涌出矿井局部通风排瓦斯优化

为了对油型气涌出条件下掘进巷道局部通风参数进行优化,解决油型气涌出造成的掘进巷道局部瓦斯超限问题,采用仿真软件ANSYS对掘进巷道压入式通风进行数值模拟,运用压入式通风掘进工作面风流流场结构特点,对油型气涌出条件下掘进巷道中CH4浓度分布进行研究,分析了风筒进风速度分别为8,10,12 m/s以及风筒直径分别为0.6,0.8,1 m时,油型气主要成分CH4在巷道中的扩散规律。研究表明,当风筒风速由8 m/s增加到12 m/s,风筒直径由0.6 m增加为1 m时,油型气与巷道内风流混合更加充分,高浓度CH4区域更小,工作面回风瓦斯浓度在0.5%左右,符合《煤矿安全规程》规定。由此可见,掘进巷道有油型气涌出时,根据工作面实际情况适当的增加风速,增大风筒直径可以有效地排出底板油型气,有效预防局部瓦斯超限,改善掘进工作面作业环境。     

掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟分析

为了准确掌握掘进工作面涌出瓦斯的分布状况和瓦斯积聚的规律,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对局部通风掘进工作面的风流流场进行了数值模拟,建立了用于工作面流场模拟的几何模型,确定了通风流场的数学模型,并与试验结果相对比验证了模拟结果的准确性。研究表明:使用RNG k-ε双方程湍流模型对工作面的流场进行模拟,能够得到比较可靠的流场,在此基础上采用瓦斯源对局部通风掘进工作面的瓦斯分布进行了数值模拟,风筒布置于巷道顶部时瓦斯主要积聚于巷道两帮下部,回风瓦斯浓度模拟结果与理论计算值一致。     

煤矿掘进工作面长距离通风参数分析与实践应用

为解决独头掘进长距离通风难题,本文以延安市禾草沟煤业有限公司50112掘进工作面为例,分析了掘进工作面通风参数,选择了相应的风筒和风机,通过采用大直径风筒、风筒快速接头软带、异径风筒转换器、双风机自动切换等技术,结合精细的日常管理和完善的管理制度,减少了风筒漏风,降低了风筒通风阻力,实现了掘进工作面的长距离通风,保证了掘进工作面的有效风量,杜绝了因风量不足造成瓦斯超限现象,为类似条件下的煤矿掘进工作面长距离通风提供借鉴。     

基于煤巷掘进粉尘分布的干式除尘布局优化

随着煤巷机械化掘进程度的不断提高，煤巷中粉尘浓度也不断攀升，高浓度的粉尘一方面会影响井下工作人员的身心健康，另一方面也增加了粉尘爆炸的可能性。干式除尘器由于具有除尘效率高、零耗水、无污染的优点而被广泛应用在煤矿掘进中。本文采用数值模拟的方式，研究了干式除尘器作用下巷道内的风流结构，并研究了除尘风筒和局部通风机风筒相对位置对除尘效率的影响，以及除尘风筒到掘进头的距离对除尘效率的影响。研究结果表明：除尘风筒的布置应与局部通风机风筒尽量的远离，当除尘风筒距离掘进头4~5 m时，除尘效果会比较好。研究可以有效的指导干式除尘器在巷道掘进中的布置，为改善巷道内掘进环境做出贡献。     

掘进工作面通风布置对粉尘分布规律的影响

针对深部通风面临的粉尘污染问题,结合气固两相流理论,采用长压短抽-前压后抽式通风方式,建立掘进巷道混合式通风三维模型。以湖南辰州矿业沃溪坑口为研究对象,选取4种通风布置参数即压风口与掘进面之间的距离、抽风口与掘进面之间的距离、抽压风量比、风筒高度,每种参数设置3种模拟方案,利用Fluent软件对不同方案下巷道内的粉尘浓度进行模拟研究,通过分析比较不同布置参数下的排尘效果,得出该混合式通风布置参数的最优值。研究结果表明:当压风口与掘进面之间的距离压L=10.0 m,抽风口与掘进面之间的距离抽L=35.0 m,抽压比K=1.5,双风筒高度H=1.5 m时,通风排尘效果最理想。     

基于Fluent数值模拟下梯形掘进巷道抽出式通风参数的优化研究

梯形断面掘进巷道在煤矿应用普遍,其迎头面是产生粉尘的主要场所,有必要针对该类型断面抽出式通风工况参数进行优化研究。通过改变抽出式通风的风筒风口布置、风量大小等工况参数进行数值模拟研究,得到风口距迎头面合理距离范围：1～1．8,当提高风量到一定界限后,抽出式通风控尘效果改变不明显,将吸风筒布置于巷道顶部中央位置控尘效果优于居于巷道侧壁布置。