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。     

凉水井矿综采工作面粉尘运移规律数值仿真

为研究凉水井矿42112综采工作面粉尘运移规律,基于Fluent数值仿真软件,选用标准k-epsilon湍流模型以及DPM计算模型建立了气-固两相流的粉尘运移数学和物理模型。用数值仿真及现场实测的方法研究了凉水井矿综采工作面风流运动情况,以及在移架和割煤时粉尘的运移规律和悬浮时间。研究表明:风流沿工作面在速度上表现出"小-大-小"的规律,速率和湍流强度在采煤机附近达到最大,在人行道空间有一定的低值区域。移架产生的粉尘一部分随风流运动,另一部分因粒径不同沉降到巷道底板不同位置。采煤机割煤产生的大粒径粉尘在重力作用下逐渐沉降,小粒径粉尘随气流继续运动,粉尘浓度最大处为前后滚筒附近及后滚筒下风向10 m左右靠近煤壁一侧区域,但扩散性不大,随着粉尘团向后移动,影响范围不断扩大,直至向整个工作面弥散。综采工作面粉尘在距底板1 m处粉尘浓度最高且分布范围最广,在巷道上部空间,直径大于100μm的粉尘粒子迅速沉降,而随着粒径减小,粉尘悬浮时间也逐渐延长。本研究可为综采工作面除尘、抑尘提供参考。     

综采工作面割煤作业粉尘运移扩散规律模拟

为掌握矿井采煤工作面粉尘运移扩散规律、对井下综采工作面空间防尘系统设计提供依据,以新街台格庙矿区规划的大采高工作面为研究背景,运用Solidworks和ANSYS软件建立采煤工作面几何物理模型,结合气固两相流理论对采煤机割煤作业粉尘运动情况进行数值模拟。对比分析不同入口风速、采煤机工作方式和粉尘粒径时工作面粉尘浓度分布特征。结果表明：工作面风速在沿程方向上整体呈现低-高-低的波动趋势,在采空区至煤壁方向上逐渐增高;在采煤机下风侧滚筒截煤粉尘叠加形成长度达60 m的高浓度粉尘区,浓度超2 000 mg/m³;采面入口风速是影响粉尘浓度的主要因素,采面粉尘峰值浓度与沿程浓度随风速增加而降低;采煤机工作方式改变使得粉尘浓度在水平高度上分布出现显著差异,造成粉尘重点防治区域变化;粉尘粒径越小,工作面呼吸带高度粉尘峰值浓度越高,粉尘颗粒漂浮现象越明显。研究结果有效掌握了大采高工作面粉尘运移扩散规律,为工作面防尘布置提供参考,对实现综采工作面的安全开采具有指导意义。     

回采工作面瓦斯运移规律的数值模拟

基于异重流原理,从紊流状态下的守恒原理出发,导出描述回采工作面风流中瓦斯紊流运移的微分方程,并采用ＳＩＭＰＬＥ方法求解。通过数值模拟,得到工作面采煤机地瓦斯浓度分布结果,采煤机附近高浓度区瓦斯浓度随风速增加呈幂指数降低,随瓦其涌出量增加而线性增加。     

通风条件影响长压短抽掘进面粉尘扩散的仿真实验

为了提高长压短抽掘进面通风除尘效果,通过仿真实验确定通风条件影响风流场运移及粉尘扩散的规律。研究结果表明:风流场运移规律为压风口与迎头距离、压抽比越大,抽风口与迎头距离、压风量越小,越利于形成风速方向均指向掘进面迎头的控尘风流场,形成控尘风流场的压风口与迎头最小距离为25 m。粉尘扩散规律为随着测点与迎头距离的增大,粉尘质量浓度整体呈现减小或波动性减小趋势;抽风口与迎头距离越小,迎头粉尘扩散能力越小;随着压风口与迎头距离增大、压抽比减小,迎头粉尘扩散能力逐渐减小并趋于稳定,压抽比为0.75时距迎头5~39 m的有人作业区域全尘、呼尘平均降尘率已增至95.56%和94.31%;随着压风量增大,迎头粉尘扩散能力先减小后增大,其中压风量为250 m3/min时扩散能力最小。     

采煤机截割粉尘扩散运移规律的试验研究

采煤机割煤滚筒旋转形成涡旋风流是导致割煤截割粉尘扩散运移的直接原因.通过对成庄煤矿某综放工作面采煤机割煤滚筒受限空间截割粉尘现场实测,分析研究截割粉尘在不同条件下扩散运移的基本规律,得出无论是顺风割煤还是逆风割煤,涡旋风流场对截割粉尘的作用主要发生在割煤滚筒靠近采煤机机身侧的下1/4圆周区域,并使该区域顺风割煤时截割呼吸性粉尘质量浓度达到95 mg/m~3,逆风割煤时呼吸性粉尘质量浓度达到110mg/m~3,远远高于国家有关标准和要求.     

采煤机运动参数对工作面温升的影响

采煤工作面的温度关系到工人的健康、设备的使用性能和煤炭生产的安全。为了研究采煤机运动参数对工作面温升的影响,建立了采煤机设计参数与工作面温升关系的数学模型,分析了采煤机的牵引速度、滚筒转速与工作面温升之间的关系及其影响。模拟结果表明,采煤机的运动参数对工作面的温升有直接的影响,工作面的温度随采煤机牵引速度的提高迅速增加,滚筒转速对工作面的温升影响较大;适当降低采煤机的牵引速度和滚筒转速能降低采煤工作面的温升。该结果为正确选择采煤机的运动参数、减少采煤机工作发热、降低采煤工作面温升、进一步改善采煤工作面的环境提供了依据。     

综采工作面粉尘运动规律的数值模拟

运用气固两相流动理论,建立粉尘运动的数学模型. 根据综采工作面的具体特点和实测数据,采用计算流体力学的FLUENT软件,对工作面的粉尘运动规律进行数值模拟. 模拟结果显示,粉尘产生后多数随风流在煤壁一侧运动,少数粉尘随机扩散. 综采工作面的除尘重点应该放在采煤机下风向10m以内的煤壁一侧;预湿煤壁对降低工作面粉尘浓度也有很大作用.     

掘进巷道油型气扩散规律数值模拟

根据掘进巷道风流流场特点,应用计算流体力学(CFD)软件ANSYS的Realizable k-ε双方程模型模拟了掘进工作面的油型气与风流质量混合过程。探讨了掘进工作面风流流场和油型气的主要成分CH4浓度分布规律,对比了油型气在掘进巷道底板不同位置涌出的扩散规律。研究表明,涌出点在涡流内部区域时,油型气与巷道风流混合得更充分;涌出点距掘进头一定距离之后,油型气涌出后随风流方向运动,且巷道顶部浓度较高;涌出源为垂直于掘进方向的裂隙时,油型气扩散后CH4浓度在高度上的浓度差较小,裂隙平行于掘进方向时,高度上的浓度差较大。     

薄煤层炮采工作面粉尘运动规律的数值模拟

以临沂矿区田庄煤矿N2601薄煤层炮采工作面为研究背景,运用Fluent软件,通过气固两相流数值模拟方法对工作面各产尘工序粉尘运移规律进行研究。结果表明:人工攉煤和打眼产生粉尘多数向人行道扩散,而爆破落煤产生粉尘多数随风流沿煤壁运动,少数粉尘向人行道一侧扩散。研究结果可以为现场炮采工作面防尘技术措施提供理论指导。     

羊场湾煤矿综采工作面风速场模拟分析

研究采煤工作面风速分布情况,分析风速对CO积聚和煤尘漂移的影响,对综采工作面CO、煤尘防治有重要的意义。以神华宁煤集团羊场湾煤矿130202综采工作面为研究背景,采用Solid Works软件对综采工作面进行了建模,并用flow simulation模块对工作面风速场进行了模拟。模拟结果显示,在综采面回风口综采支架靠近采空区0.5米范围的风速低于0.5 m/s,靠近采空区0.5~1 m范围内风速低于1.5 m/s,局部处于涡流状态,这种涡流使采空区涌出的CO难以进入到主风流中,从而使高浓度CO在上隅角附近循环运动而聚集在涡流区中,形成了上隅角的CO超限。在采煤机端面处横向移动风速最大达到0.35 m/s,风流带动煤尘向综采支架方向漂移,距采煤机前端面距离越远,横向风速越小,对煤尘横向漂移影响也越小。     

普采工作面呼吸性粉尘浓度分布的数学模型

普采工作面是煤矿主要尘源之一,而采煤机滚筒割煤是普采工作面粉尘的主要来源.将采煤机滚筒简化成沿高度方向的连续集中线源,依据扩散理论,建立滚筒割煤时呼吸性粉尘扩散的数学模型.结合工作面物理模型,得出工作面呼吸性粉尘浓度分布的表达式.通过计算实例,分析了普采工作面呼吸性粉尘浓度分布规律及其影响因素.     

采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化

为降低采煤机滚筒的截割比能耗,以某型采煤机的截割滚筒为研究对象,对合理选择截齿的截线距和切削厚度的比值进行了研究。利用UG三维CAD软件建立了3种不同截线距的截割滚筒模型,通过ANSYS/LS-DYNA对2组不同切削厚度情况下采煤机滚筒截割煤壁的过程进行了模拟,得到了镐形截齿所受截割力、特定时间内截落煤壁总体积、滚筒所受截割扭矩及截割比能耗等。通过对比这2组采煤机滚筒的截割比能耗和其他相关数据,分析了截线距和切削厚度的比值与截割效率的关系。结果表明,截线距和切削厚度的比值在2左右时,采煤机滚筒的截割比能耗最小。本研究结果对采煤机设计过程中滚筒截线距、滚筒转速和采煤机牵引速度三者之间的最佳匹配有一定的参考价值。     

隧道通风管道布置参数对瓦斯运移特性的影响

为了研究通风风管在瓦斯隧道施工通风中对瓦斯扩散的影响,通过CFD数值仿真,建立瓦斯在隧道内的运移模型,详细探究了不同风管直径、风管口距工作面的距离、风管悬挂位置以及风管贴壁间隙四个风管布设参数对隧道风流场及瓦斯分布规律的影响。结果表明,风管直径对于工作面上瓦斯体积分数场具有显著的影响,风管直径减小会导致隧道空间瓦斯体积分数增加,且瓦斯体积分数增加的程度远大于风管直径减小的程度。风管布置在拱肩处更有利于瓦斯的排出和保障隧道安全施工。随着风管出风口距离工作面距离的不断减小,隧道内瓦斯体积分数越低,并且隧道内部空间瓦斯分布越均匀,越不易发生瓦斯的局部积聚现象。风管顶端离隧道拱顶的距离越远,隧道内瓦斯体积分数越高,断面瓦斯分布均匀性也越差。在单因素试验情况下,可以看出风管的最佳组合方式为风管直径为1.8m,风管位置为拱肩,风管出口距工作面的距离为5m,贴壁程度为0.5m。     

滚筒结构参数对工作面噪声的影响

为降低采煤工作面噪声、改善作业环境,建立了滚筒结构参数与工作面噪声关系的数学模型,通过计算机模拟,得到了螺旋滚筒直径和宽度与工作面噪声的关系曲线.结果表明:随着滚筒直径的增加,工作面噪声也逐渐增大,当滚筒直径大于1.4 m时,工作面噪声变化趋缓;随着滚筒宽度的增加,截割阻力增大,工作面噪声近似线性增加.正确设计滚筒直径和宽度,既可保证采煤机很好地完成落煤、装煤任务,又能有效缓解工作面的噪声.     

采煤机参数与工作面噪声关系的数学模型

为减少采煤工作面噪声的危害,分析了采煤机噪声的构成,通过假设与简化,建立了采煤机参数与工作面噪声之间关系的数学模型,并编制计算机程序和利用所建模型对采煤机工作面的噪声进行模拟研究.研究表明,工作面噪声随滚筒直径与转速、截割阻抗及牵引速度等参数的增加而增大,随截线间距、切屑厚度、煤岩脆性程度的增大而减小.该模型对于评价机器工作性能、改进机器设计等具有重要理论意义.     

俯伪斜采煤法防治急斜煤层煤与瓦斯突出的研究

对急倾斜煤层俯伪斜分段密集支柱采煤法和直线长壁采煤法的采场矿压显现规律和煤与瓦斯突出预测指标进行了现场观测和模拟实验研究,其研究结果表明：俯伪斜采煤工作面的周期来压步距为１８．５ｍ,约为直线长壁工作面周期来压步距１０ｍ的两倍,周期来压时采面上部的最大能量动载系数为２．０３,比直线长壁工作面小０．５３．煤壁前方支承压力集中系数为１．６７,比直线长壁工作面大０．２～０．２５,而支承压力峰值距煤壁距离为６～１０ｍ,较直线长壁工作面大０．５～１ｍ．即俯伪斜分段密集支柱采煤法通过降低回采工作面前方煤体支承压力系数和增大回采工作面前方煤体的安全煤柱宽度,来提高采场煤与瓦斯突出防治能力。     

超前释放钻孔在治理采煤工作面瓦斯带割煤瓦斯超限的应用

一、引言随着矿井开采深度增大及大功率采煤机的投入使用,回采产量不断提高,采煤工作面瓦斯绝对涌出量也不断增大,尤其是在地质构造复杂瓦斯带采煤工作面,采煤机割煤时采煤工作面瓦斯经常超限。鸡西矿业集团杏花煤矿在采煤工作面采煤机割煤瓦斯超限治理上,尝试采用超前钻孔释放瓦斯措施,避免采煤机割煤时采煤工作面瓦斯超限。     

综放工作面瓦斯涌出特征实测及分析

结合大阳矿3401综放工作面实际开采条件,通过对支架工作阻力、超前支承压力以及工作面瓦斯浓度等参数进行了实时监测,分析了采场矿压显现及采煤工艺与采场瓦斯涌出之间的关系。结果表明,工作面前方支承压力变化对工作面煤壁瓦斯涌出规律影响较为明显,且采场瓦斯涌出量的峰值通常滞后于周期来压,滞后程度约为1天,采煤生产工序、日产量及推进速度与瓦斯涌出也存在密切的关系。     

高瓦斯特厚煤层首采工作面瓦斯涌出分布特征研究

为了得到高瓦斯特厚煤层首采综放工作面瓦斯涌出分布特征,以小庄煤矿40201工作面为研究对象,采用立体单元测定法对工作面瓦斯体积分数进行测定,得到了工作面沿倾向和走向方向的瓦斯分布曲线以及瓦斯涌出变化曲线。研究表明,工作面沿倾向随着风流方向距离的增加,煤体瓦斯涌出对断面瓦斯分布的影响加大;而风流速度和采空区瓦斯涌出的影响作用在减小。在走向方向,各测定断面瓦斯体积分数基本呈现"高—低—高"的分布趋势,煤体瓦斯解吸累积、采空区瓦斯涌出与风速三者共同决定工作面上行前段瓦斯值大小,后段则主要由前两者起决定因素。回采初期,瓦斯绝对涌出量不断上升,在初次来压首次达到峰值,之后呈现波浪式下降趋势。工作面相对瓦斯涌出量与日产量之间呈现指数函数减小趋势,当日产量达到一定值后,基本不受其变化影响。