长距离掘巷前压后抽混合式通风数值模拟研究

摘要

井巷工程的施工，特别是凿岩、爆破、装岩等工序产生的烟尘对作业面空气污染严重，加之其施工通常为单一巷道独头施工，巷道的通风不能形成贯穿风流，作业面的环境极其恶劣，为此必须对工作面进行不间断的局部通风。针对长距离掘进通风供风距离长，风筒漏风量大，矿尘、炮烟充斥后路巷道不易排出等特点，矿山常采用混合式局部通风解决工作面环境污染问题。
　　压抽混合式通风排尘效果的好坏主要取决于压抽风筒的布置方式以及压抽风量配比，因此掌握掘进巷道内粉尘在混合式通风流场下的运移扩散规律，研究压、抽风筒合理的布置方式对提高通风排尘效率、创造良好的作业环境、减少粉尘危害、确保从业人员安全健康、提高企业生产效率有重大意义。
　　本文结合青龙山萤石矿掘进巷道爆破和通风排尘的实际情况，依据CFD气固两相流理论，运用FLUENT软件离散相（DPM）模型，对掘进巷道内爆破烟尘在混合式通风过程中的扩散及浓度分布进行数值模拟，形象直观的展现了巷道内爆破烟尘在通风排尘过程中浓度随时间的变化关系；通过改变压、抽风筒口与迎头端面之间的距离、压抽风量配比、风筒悬挂高度，比较不同工况下通风15min后的排尘效果，从而找出前压后抽混合式通风合理的参数。
　　研究结果表明：掘进工作面采用前压后抽混合式通风时，巷道内风流场可分为压风筒出口与射流转向点之间的射流区，射流转向点至工作面之间的涡流区、射流卷吸回流产生的涡流区、回流区、抽风筒吸口至压风筒出口之间的压、吸风流共同作用区五个特征区域；压抽风筒距离迎头面太近或太远都不利于通风排尘，混合式通风压抽风筒存在着最优布置，风筒口越接近最优位置，排尘效果越好，反之，效果越差。对于该矿掘进巷道模型，断面积为4.3m2左右，当压风筒出口与迎头之距L压=8m～10m，抽风筒吸口与迎头之距L抽=30m～35m，压抽风量配比1:1.4时通风排尘效果较好。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 掘进工作面通风方式

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容、技术路线

第二章 粉尘扩散及贴壁射流理论

2.1 粉尘的理化特性

2.2 矿尘的沉降和扩散规律

2.3 掘进面综合防尘措施

2.4 贴壁射流运动

2.5 本章小结

第三章 掘进巷道内气固两相流数学模型

3.1 气固两相流数值模拟

3.2 湍流流动模拟

3.3 粉尘运动的数学模型

3.4 本章小结

第四章 掘进巷道混合式通风数值模拟

4.1 几何模型的建立

4.2 计算网格的生成

4.3 边界条件

4.4 数值模拟结果及分析

4.5 本章小结

第五章 压抽风口位置、风量配比等参数对通风排尘的影响

5.1 压抽风口位置对排尘效果影响的分析

5.2 压抽风量比对排尘效果影响的分析

5.3 风筒悬挂高度对排尘效果的影响

5.4 合理通风参数的确定

5.5 现场实验验证

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果与结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果