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。

抽出式通风风流运动及粉尘运移规律数值模拟研究

为直观地了解抽出式通风风流运动规律,建立物理模型,设置边界条件对抽出式通风条件下巷道风流运动及粉尘运移规律进行了数值模拟,分别研究了X,Y,Z方向的速度、压力分布规律和不同粒径粉尘运移轨迹,结果表明:巷道内风速0.54m/s,较为稳定,风筒内风速较大,为23m/s左右,这与实际情况非常吻合,在截面X=5.2m处巷道内的风流方向朝向掘进头,风筒内的风流方向则由风筒入口朝向出口。巷道内的风速在整个模拟区段内几乎保持恒定,没有较大变化,而风筒内的风速则变化较大,在入口处最大,达40m/s,之后逐渐减小,然后稳定在23m/s左右。整个巷道均为正压,风筒内是负压,在这两股压力的共同作用下形成稳定的通风风流,风筒入口处负压最大,而后负压逐渐减小,但很快就维持在比较稳定的状态。抽出式通风时粉尘扩散较少,掘进面产生的粉尘全部都被吸入负压风筒,抽出式通风时更有利于控制巷道中特别是司机位的粉尘含量,保护司机等掘进机周围工人的身体健康。

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。

煤田露头火区风流运动规律研究

通过对煤田露头火区自然通风系统特征以及风流运动规律的分析,得出煤田露头火区风流运动的基本方程。借助于Fluent软件,对不同参数条件下的煤田露头火区进行了数值模拟。结果表明,火区气体在进风渗流运动过程中温度与外界环境基本一致;经过火区后温度急剧上升并达到峰值,同时产生较大火风压,火风压与自然风压共同作用为火区提供通风动力;在通过火区的通风路线上,气体的运动符合能量守恒定律、达西定律(进风线路)和布西涅斯基窄缝流体运动规律(回风线路);在不通过火区的漏风路线上,气体的运动符合能量守恒定律和达西定律。

采空区煤自燃耦合热浮力环境瓦斯运移规律研究

为了探讨煤自燃过程多场耦合之间协同动态变化规律的机制,准确划分瓦斯与煤自燃共生灾害区域,采用数值模拟的方法研究了采空区煤自燃区域热浮力作用下瓦斯运移过程。分析了温度场、瓦斯浓度场、气体密度和采空区风流运动特征的分布规律,划分了瓦斯与煤自燃共生灾害区域。模拟结果表明:瓦斯积聚是由热浮力影响下的上升气流、漏风风流和煤自燃点附近的卷吸气流共同作用形成的;入口风速增加时,共生灾害区域面积呈现先增大后减小的趋势,煤自燃区域向采空区中深部移动,瓦斯积聚浓度随着煤自燃温度升高而增加;煤自燃区域产生的热量积聚于小范围区域,与周围区域有较大的温度梯度;模拟得出的采空区煤自燃耦合热浮力作用下瓦斯运移规律,为采空区煤自燃灾害防治提供了参照依据。

考虑热交换的引水隧洞施工通风两相流模拟

针对深埋引水隧洞的储热作用所导致的施工通风散烟困难问题,建立综合考虑气固热交换、尘粒间相互耦合作用的三维非稳态欧拉-拉格朗日两相流紊流模型.尘粒间相互耦合作用力包括相间曳力、浮力、热泳力、升力和虚拟质量力等.结合某大型水电站深埋长距离引水隧洞施工通风,探讨隧洞内含尘气流的对流热交换规律,研究隧洞内风流微观运动机理以及粉尘运移规律.模拟结果表明:风流在风管出口下侧形成涡流区,1号和2号引水隧洞风流分布基本一致;工作面附近通风降温效果明显,隧洞壁面的表面平均换热系数沿工作面到风管出口处呈先增大后减小的趋势,表面平均换热系数模拟值与经验公式计算结果基本吻合;施工通风1,350,s左右时,粉尘浓度满足规范要求.

在KJ11型矿井压能自动监测系统中提高压能测算精度的措施

阐述了在使用KJ11型矿井压能自动监测系统时 。

并联巷道间联络巷内瓦斯积聚条件的数值模拟

基于亚美大宁的多条大巷并联回风的生产实例,经简化得到并联大巷间联络巷(基本对称角联)内风流流动物理模型,建立了联络巷内风流运动的数学方程,运用Fluent软件模拟了联络巷内的风流运动规律,研究了瓦斯在联络巷内的积聚条件。