掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。

综掘面出风口及抽风口风流综合调控下粉尘场优化分析

针对煤矿综掘面混合式通风下巷道风流分布不合理、粉尘聚集严重等问题,选取出风口口径、出风口右偏角度、抽风口口径与抽风口左偏角度等4个参数作为调控变量,通过分析确定合理的出风口及抽风口风流综合调控方案,改变巷道风流分布,有效降低粉尘质量浓度。以柠条塔矿S1200巷道为研究对象,结合气固两相流理论,利用fluent软件建立混合式通风下出风口及抽风口风流综合调控的粉尘场有限元模型,通过模拟分析单参数调控对粉尘分布的影响,确定混合式通风下各调控参数的合理调控范围。根据Box-Behnken原则设计粉尘场优化的风流综合调控响应曲面试验,建立了以司机位置及回风侧行人呼吸带高度位置粉尘质量浓度为响应指标的优化模型,通过响应曲面法分析确定了4个调控变量对粉尘质量浓度影响大小的显著性顺序以及粉尘场优化的最佳风流调控方案。设计搭建了1∶5相似模拟S1200综掘面的出风口及抽风口风流调控试验测试系统,利用该测试系统对得出的最佳风流调控方案进行了试验测试验证及降尘效果分析,结果表明:出风口距掘进工作面5和10 m时司机位置粉尘质量浓度分别降低46.1%和70.2%,回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度分别降低53.8%和60.5%,试验测试值与优化模型得出的预测值误差均在6%以内,验证了粉尘场优化的最佳风流调控方案的准确性。

综掘面压抽组合式通风参数优化研究

为改善煤矿综掘面粉尘问题,根据气固两相流理论,建立综掘面两相流瞬态模型,对压抽组合式通风方式下综掘面粉尘扩散过程进行分析,研究了压抽风口安装位置、压抽比对综掘面粉尘分布规律的影响。研究结果表明:当压风口距工作面距离为14 m、抽风口距工作面为5 m、压抽比为1.15时,粉尘扩散距离最短,巷道后方粉尘浓度明显降低,实验与仿真均表明,在该最佳参数运行的压抽组合式通风相较优化前能显著降低回风侧和司机位置粉尘浓度及粉尘扩散距离。