快掘面风流动态调控参数与压抽比对粉尘运移的影响及降尘分析

随着矿山快掘设备的逐渐引进,快掘面粉尘污染问题愈加严重。为有效减少快掘面生产过程中的粉尘污染,设计出风流动态调控降尘净化系统,通过调节风流的状态并设计了不同工况下的风流调控方案,以降低司机处粉尘浓度与粉尘的扩散距离。以陕西某矿快掘面为例,建立了风流—粉尘耦合场有限元模型,并对模型进行了井下验证;分析了风流动态调控降尘净化系统中出风口偏角、出风口缩放口径、出风口距端头距离及风量压抽比4个参数对风流与粉尘场的影响规律;设计正交试验分析了各参数与司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离之间的关联性,确定了最佳调控净化方案。结果表明:各参数对司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离影响程度的显著性排序由大到小依次为风量压抽比、出风口偏角、出风口距端头距离、出风口缩放口径。确定的最佳调控净化方案为出风口距离端头10 m、出风口偏角20°、出风口缩放口径1.0 m及风量压抽比1。设计搭建试验平台进行了准确性及净化效果测试验证,模拟值与试验值的平均误差小于8.91%,净化后司机处粉尘浓度由327.22 mg/m^(3)降低至156.47 mg/m^(3),降低了52.18%,粉尘扩散距离由39.74 m缩短至25.91 m,缩短了34.80%,有效改善了快掘面的空气环境。

综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试,结果表明:模型误差率最大9.85%,最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%,粉尘浓度最高降低了40%,有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。

综掘工作面风流调控装置与射流风幕综合调控粉尘场优化分析

为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、调控装置右偏角、风幕出口宽度、风幕出口速度及风幕出口张角等参数对粉尘场的影响;设计了正交试验以确定最佳综合调控方案,设计搭建了实验平台进行综合调控方案准确性和降尘效果验证。结果表明:在该综掘工作面通风系统布局下,当调控装置口径1.2 m,调控装置右偏角9°,风幕出口宽度0.14 m,风幕出口速度7 m/s,风幕出口张角60°时,司机位置粉尘质量浓度和行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低91.7%和74.9%,测试误差均在10%以下,有效改善了通风环境。

综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究

煤矿掘进过程中粉尘聚集严重,目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。基于混合式风流调控系统,依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面,分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口径、抽风口距工作面距离和压抽比等混合式风流调控参数对粉尘沉降规律的影响:随着压风口距工作面距离增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减再增,小颗粒粉尘占比增加;随着压风口右偏角度增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比变化明显;随着压风口口径增加,司机处截面小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减;随着抽风口距工作面距离增加,司机处截面大颗粒粉尘占比先增后减,小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面粉尘粒径分布变化不大;随着压抽比增大,司机处和回风侧行人呼吸带截面小颗粒粉尘占比减小。以上述风流调控各参数为自变量,回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度最低为优化目标,建立了粉尘沉降优化回归模型,利用粒子群优化算法求解模型,得到最优风流调控方案:压风口距工作面距离为8.9 m,压风口右偏角度为14.8°,压风口口径为0.9 m,抽风口距工作面距离为4.3 m,压抽比为1.1。搭建了风流调控下粉尘沉降实验平台,实验结果表明:测试值与粉尘沉降优化回归模型的模拟值误差在13%以内,验证了模型的准确性;优化后粒径为71~100μm的粉尘受风流调控参数影响明显,沉降在掘进机前方;优化后回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度分别降低了47.4%和42.4%,降尘效果明显。

综掘工作面风流调控下风速及瓦斯粉尘浓度融合预测模型研究

针对综掘工作面传统的通风总量控制管理模式不能根据实际需求进行风流调控,造成瓦斯及粉尘聚集和污染隐患等问题,对风流调控下的风速及瓦斯粉尘浓度多源数据融合神经网络预测模型进行了研究。采用欧拉-拉格朗日法建立了风流调控下的瓦斯及粉尘气固耦合模型并进行了测试验证,模拟分析瓦斯和粉尘颗粒在综掘巷道的分布情况,获取大量不同风流调控方案下的风速及瓦斯粉尘浓度样本数据。采用多层感知器神经网络技术建立预测模型结构,选取对瓦斯及粉尘浓度具有较大影响的风流调控等参数作为输入层,根据风速及瓦斯粉尘的隐患位置确定输出层,对样本数据进行预处理,通过引入差分进化算法搜索最佳隐藏层节点数和学习率,利用TensorFlow框架搭建多源数据融合神经网络预测模型。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,对不同风流调控方案进行预测和井下实测验证。结果表明:该模型相对误差最大值为9.7%,具有较高的准确性;选取出风口距端头最短距离5 m和最远距离10 m这2种工况下的最佳调控方案,与调控前相比,风速符合规范要求,端头死角区瓦斯体积分数分别降低34%和35%,回风侧人行处平均粉尘质量浓度分别降低40%和41%,司机处粉尘质量浓度分别降低38%和36%,研究可为风流调控提供参考。

基于示踪气体的不同灾变时期的风流实验研究

针对煤矿矿井事故发生率高、后果严重的问题,为了能够更好地了解矿井发生灾害后的灾害详情,更加有效地进行灾害防治与控制,创造性地提出了利用示踪气体技术模拟不同灾害状态下的矿井通风状态,风流流量和示踪气体体积的变化。通过建立实验装置对示踪气体的测量,从而模拟示踪气体在实际不同灾害下的数值,研究总结示踪气体在不同灾害状态下的变化规律。根据示踪气体在不同灾害的变化趋势规律,了解灾害的状态和严重程度,提出有效的灾害防治措施,极大地保证了作业人员的安全,并降低灾害防治的难度,提高灾害救援效率。

切顶卸压采空区风流演化特性研究

为了对切顶卸压下采空区渗透率变化及采空区风流运移特性进行研究,利用数值模拟软件分析了传统开采及切顶卸压情况下的采空区风流压力及流量变化情况,给出了两种情况下的风流交换情况及采空区风流量。综合对比发现,经过切顶卸压后的流入及流出风量较传统模式有了较大幅度的提升,有效减少了漏风影响,从而提升了通风效率,为后续切顶卸压技术的推广应用提供一定的依据。

基于一次风流量动态补偿的协调控制系统优化

针对火电机组协调控制系统中主蒸汽压力响应速度较慢的问题,通过将制粉系统中的部分存粉吹出来改善协调控制系统的控制效果。在传统制粉系统模型基础上考虑一次风流量的影响,建立了基于一次风流量的制粉系统模型,经验证,此模型可以很好地反映一次风流量对于制粉系统的动态特性;在制粉系统改进模型的基础上,设计了一次风流量动态补偿系统,与机组原协调控制系统相结合,构成了基于一次风流量动态补偿的协调控制系统,实现了对于磨煤机内部存粉的利用。仿真结果表明,所设计的系统通过改变一次风流量有效地利用了磨煤机内的存粉,在保证快速响应负荷变化的前提下,对于主蒸汽压力有良好的控制效果,提高了主蒸汽压力的响应速度,改善了协调控制系统的控制品质。

基于混合整数规划的风流两步骤调控优化方法

实现按需通风是当前矿井智能通风系统推进建设过程的核心技术问题。为解决矿井通风网络优化调控非线性模型求解困难的问题,在改进两步骤通风优化方法的基础上,提出了一种基于混合整数规划的风流两步骤调控优化数学模型。该模型以通风能耗最小、调节点个数最少和调节点位置最佳等为目标,是一种多目标线性规划模型,其求解结果更加符合矿山实际调控需求。改进的两步骤通风优化方法具有以下优点:通过引入混合整数规划方法,该模型可以对调节方案的调节点个数和调节方式进行约束;通过引入分支调节级数,该模型可以根据井下实际情况对调节方案的位置进行约束,从而提高了通风网络优化调节方案的灵活性;此外,通过多次求解风量分配对应调控方案的方式,该模型既可以得到近似满足风量未知调控模型的求解方案,也可以避免非线性模型求解不收敛的问题。通过构建矿井通风优化调控计算实例模型,在通风网络模型进行分风计算的基础上验证了通风网络模型调控的可靠性。

风流扰动下煤炭装载冲击粉尘运移规律与抑尘技术研究

煤炭装载冲击是露天煤矿主要的产尘环节之一,尤其在自然风流的作用下容易造成大面积的粉尘污染。针对内蒙古地区露天煤矿地域气象风力强劲、装车冲击粉尘浓度高、粉尘扩散污染严重等问题,采用Realizableκ-ε湍流模型,结合数值模拟分析不同风速扰动下装载冲击产尘运移规律,探究抑尘运移方法及其防治粉尘污染的作用效果,结合内蒙古白音华三号露天煤矿装车站现场,设计优化阻尘技术并进行现场应用与效果分析。研究结果表明:流经装车涵洞的过堂风、背风面形成的涡旋风流是促使下风侧粉尘颗粒运移的主要原因;随着风速的增大,装车站风流的不均匀性不断加剧,粉尘颗粒在风流的夹带作用下向下风侧区域扩散;粉尘扩散污染路径装设抑尘网可实现对粉尘运移的有效阻隔,且随着抑尘网高度的增加,装车站下风侧区域内的风速值出现显著降低,并在装车涵洞出口处形成一条风速值分布较为均匀的低速带,进而降低了粉尘颗粒的逃逸速度,有效控制了粉尘的扩散范围;此外,抑尘网安装高度对于风流场与粉尘运移的影响存在阈值,基于模拟研究结果,优选网高为7 m的防风抑尘网进行现场应用。现场粉尘浓度测定结果表明:抑尘网内外粉尘降低效率达到82.51%以上,有效降低了装车站粉尘扩散范围,对矿区周边的环境保护具有重要意义。

带上盖开发隧道通风流场特性及射流风机偏转角度研究

带上盖开发的隧道结构复杂,通风流场紊乱,隧道运营通风能力难以得到保障。揭示这类隧道的通风流场特性,优化隧道风机布置参数具有重要意义。以广州市某珠江过江隧道工程为背景,利用数值模拟方法,探究不同风机偏转台数、偏转角度工况下隧道通风流场特性、风机升压能力。结果表明:带上盖开发隧道风机安装位置受限、复杂结构通风阻力大,导致隧道通风流场分布不均,风机升压能力较差,风机难以提供可靠的运营通风能力;带上盖开发隧道设置3台吊顶式风机时,通过合理的设置风机偏转台数和风机偏转角度,能够稳定隧道通风流场,提高平均风速,优化隧道内通风效果;当3台吊顶式风机全部偏转布置或风机偏转角度大于5°时,虽能增大未安装风机一侧的通风风速,但会导致射流分布不均,安装风机一侧风速降低,过多射流偏转也将携带更多动能撞击隧道壁面,导致射流遭受的能量损失增大,不利于隧道通风流场的稳定;采用2台吊顶式风机偏转2°~5°布置时,此时隧道内流场分布均匀,射流风机升压系数为0.7~0.8,隧道内风机射流阻力损失约28~29 Pa,可提升风机升压力,减小风机射流阻力损失,利于带上盖开发的隧道运营通风。研究结果可为优化带上盖开发隧道射流风机布置方式和保障运营通风效果提供参考。

风流增强作用对城市地下物流通道液氮灭火效能提升研究

狭长受限空间中常用的灭火系统在地下物流通道中存在限制,难以直接应用。为了探究风流增强作用对液氮灭火效能的影响,文章通过改变风速和注氮位置,对不同工况下地下物流通道氧气浓度与顶棚温度的变化进行分析。结果表明,注氮能够有效扑灭地下物流通道火灾,风流增强显著提升了液氮的灭火效能,注氮距离为50 m时,风流2 m/s工况的灭火效率较风流0 m/s工况提高了41.86%。同时,在固定的注氮距离下,增强风流后火源附近的温度和氧气体积分数下降的时间明显提前。此外,当注氮距离增加时,火源附近温度和氧气体积分数下降时间均推迟,但风流增强能够减少由于注氮距离较远导致的降温和窒息效果的滞后。该研究成果对于城市地下物流系统灭火研究提供了重要的理论依据。

基于风流运动的粉尘运移研究进展及趋势

矿井机械化、智能化水平提升所导致的粉尘问题愈发严重,探究风流-粉尘运移规律,掌握工作面风流、粉尘的运动特征,对改进工作面控尘措施,改善井下作业环境,加速实现绿色矿山目标具有重要意义。通过查阅国内外文献资料,调研相关研究进展与实践经验,从粉尘受力运动原理、相似实验设计、数值模拟研究、组合方法效果评估等方面,研究当前风流场及其对粉尘分布的影响,认为当前存在风流场与粉尘之间相互作用复杂,粉尘受力运动机理与运动路径研究不透彻,不同因素组合作用与粉尘运移规律关系不明朗等问题。从提高规律向实用性和普遍性转变的角度,提出风流-粉尘运移规律的研究重点应向明晰粉尘运移受力机理和作用力协同机制、建立多参数表征运移规律、提升监测仪器精密度、减弱次要因素对相似实验结果影响程度、增强对风流场和粉尘运移力学特征的认知、明朗影响因素间的耦合关系、构建适用于气-固两相流的数学模型及完善颗粒运动扩散方程8个方面转变。

西风流场切变分歧及其对东北冷涡形成的影响机制的初步分析

本研究运用多尺度变换和摄动法简化正压准地转涡度方程,分析了西风流场切变对具有非线性Shrödinger孤子特征的包络Rossby孤立波的影响,并分析了具有这类波形的西风流场的拓扑结构。结果表明:(1)西风流场切变存在一临界值,当切变小于这个临界值时,流场的拓扑结构无奇异点,只有退化的中心结构,对应的西风流场为纬向流场;大于这个临界值时,流场的拓扑结构存在奇异点,西风流场则有涡旋产生。(2)流场奇异点出现位置不同,西风流场呈现不同的涡旋流型,当奇异点仅出现在系统的北部时,则西风流场呈Ω型阻塞流场;当奇异点仅出现系统的南部时,则西风流场呈倒Ω型切断流场;当奇异点在南北部均出现时,则西风流场呈偶极子型阻塞流场。(3)倒Ω型流场和偶极子型阻塞流场中,均有切断低压出现,如果切断低压在乌拉尔山附近形成,向下游运动到我国东北地区,则为东北冷涡。研究从东北冷涡的源头阻塞形势为切入点,结合阻塞的全局思想与局地特征,探讨东北冷涡的形成机制,深化了对东北冷涡形成的认识。

井下移动热源对深部巷道风流环境影响研究

为探究深部巷道内移动热源对巷道风流环境的影响,以新城金矿为工程背景,对深部某中段运输巷道进行风温风速监测,通过现场调研和理论公式计算新城金矿深部巷道燃油设备放热量,基于Fluent有限元软件,模拟不同风流情况下移动热源的动态响应,分析移动热源对深部巷道风流环境的影响。结果表明:监测段巷道平均风速为1.91 m/s,平均风温为33.38℃;热源在顺风移动时对前端和尾部风温均产生影响,风温随距离增加逐渐减小,在热源前端15 m处趋于稳定,稳定风温为33.75℃,并在热源尾部2 m范围内持续产生高温;热源逆风移动时仅对尾部风温产生影响,风温在热源尾部0~20 m逐渐变小,并在热源尾部20 m处趋于稳定,稳定风温为34.12℃;热源逆风移动时对风流的影响范围比顺风移动时大,逆风移动时风温比顺风移动时高0.37℃。

表面横向风流作用下煤体的内部燃烧蔓延规律

煤的自燃特性使其在开采、存储和运输过程中存在火灾事故隐患,极大地阻碍了煤炭行业的可持续发展.通过自主搭建的敞车载运煤燃烧蔓延模拟实验装置,分析在表面横向风流作用下的松散煤体内部高温区域演变以及气体蔓延规律.结果表明,表面横向风流明显加快了本文实验煤样内部高温区域蔓延速度,相比无风状况下,高温蔓延速度加快了0.3倍(风流1 m·s^(-1)时)和0.5倍(风流2 m·s^(-1)时),高温区域峰值温度升高了120±20℃;受表面横向风流影响,燃烧蔓延路径向风流流动方向偏移;在风流0 m·s^(-1)时,燃烧的高温点O2体积分数快速下降阶段所经历的时间随纵深的增加逐渐增大,风流作用会加剧煤氧反应.研究成果可为煤炭在运输与储存过程煤火灾害形成规律研究提供参考借鉴.

风流速度与喷雾角度对雾滴场分布特征的影响

雾滴分布特征是决定喷雾系统降尘效果的关键因素之一。为研究不同工况下雾滴分布特征,利用CFD模拟技术分析了风速及喷雾角度对雾滴分布特征的影响机制;并探究了采煤机附近布置喷雾喷嘴后的雾滴分布特征。研究结果表明:不同风速和喷雾角度主要是通过增大雾滴的横向动量,造成喷雾带纵向高度和横向长度的增加;风速的增大,造成不同空间位置的雾滴间动量屏蔽效应更加突出,进一步增大了雾滴间所受横向动量的差异,增强了雾滴间集聚效应,使喷雾带周围形成大粒径雾滴层;喷雾角度的增大主要改变了出口动量在横向和纵向2个方向的分配比例,空间内所有雾滴所受动量更为均匀,进而对喷雾粒径分布特征无明显影响。

基于不同涡黏模型的三心拱巷道风流数值模拟研究

为了研究不同湍流模型在预测U形钢支护三心拱巷道截面风速分布的差异性,选取相同边界条件下风洞实测风速与基于标准k-epsilon模型、标准k-omega模型、Spalart-Allmaras模型等3种湍流模型的仿真风速进行比较。结果表明,上述3种湍流模型均能大致描述巷道风流特征,巷道截面处风速实测值与仿真值的绝对误差与入口风速呈正相关关系,与壁面距离呈负相关关系;以绝对误差平均值和均方根误差为评判准则,标准k-epsilon模型在模拟巷道风速时与现场实测风速数据的拟合度较高,Spalart-Allmaras模型次之,标准k-omega模型拟合度较低。

于不风流中见风流——冈崎义惠的日本“风流”美学论

“风流”作为一个美学概念,自中国发源后传入日本、朝鲜乃至整个东方,成为东方区域的美学概念之一。从日本美学家冈崎义惠的著作《风流的思想》可以看出,日本的“风流”经历了对中国“风流”之美亦步亦趋的阶段,之后逐渐摆脱中国的影响,并对诸如“物哀”“幽玄”“侘”“寂”等日本传统美学概念进行了整合、转化和改造,从而形成了独具日本民族特色的“风流”美学,具体表现在病苦风流、“侘”之风流、“寂”之风流三个方面,体现了“于不风流中见风流”的美学特点。通过与西方美学的对比,冈崎义惠确立了“风流”美学的东方区域共性,即对心性修炼的关注以及对超越达观之审美境界的追求。由此,“风流”既具备了东方区域美学的共性,也显现出了日本民族美学的特性,成为东方区域美学交流与形成过程中的典型范例。

局部自然风压对倾斜通风巷道风流稳定性的影响

为找出陕西麟北煤业圆子沟煤矿1012007工作面带式输送机巷风流反向流动的原因,进行了相关研究。研究发现:带式输送机巷温度高于辅助运输巷的温度,造成两巷道空气密度不同,且两巷道间存在高程差,共同构成产生自然风压基础;1 d内大气压力动态变化,同样也影响到自然风压动态变化。晚上“零点班”时段局部自然风压大于此段巷道通风机械通风动力,是带式输送机巷风流反向原因。最后,结合现场巷道布置情况,提出增加带式输送机巷风量,抵消局部自然风压变化对巷道风流的影响,避免带式输送机巷局部风流反向的发生,确保该巷道的通风满足安全需要。