辅运巷无轨胶轮车行驶对粉尘运移影响的数值模拟研究

摘要

随着采矿技术的飞速发展，煤矿辅助运输机械得到极大的应用，同时目前矿井建设和生产规模也逐步扩大，为了提高生产效率，无轨胶轮车在大中型煤矿的使用也必将成为安全高效矿井建设的必由之路。运输巷粉尘的产生和输运不同于采掘工作面，辅运巷粉尘的来源主要为车辆行驶有工作面等煤泥较多区域带出或运输物遮盖不严向外泄露，同时车辆行驶对风流首先巷道的风流流动状态具有较强的冲击作用，导致底板、巷帮以及车辆本身附着粉尘大量扬起，因此研究辅运巷道中无轨胶轮车行驶对粉尘运移及扬起的影响有着重要的意义。本文采用COMSOL Multiphysics5.0开展三维数值模拟，分析了风流、无轨胶轮车行驶对扬尘浓度的影响，取得了以下主要研究成果:
　　(1)开展了巷道风流温、湿度和压力等环境条件对风流密度、动力粘度等影响的理论计算和粉尘自身含水率对其密度及粒径影响的研究。温度降低、湿度和压力增大导致风流的动力粘度降低;含水率增加会增加粉尘颗粒的密度和直径;风流动力粘度降低，粉尘的运移范围更大，污染范围更广。
　　(2)采用数值模拟的方法开展了巷道中风流速度和无轨胶轮车对巷道中风力扬尘和粉尘风力输运影响的研究。风速增大，巷道的扬尘强度增大，粉尘在一定范围内浓度降低，但污染范围更广，远距离处风速增加粉尘浓度增加;无轨胶轮车顺风行驶时，距车头25-30m处出现粉尘浓度的“双峰”分布，逆风时行驶时，距车尾25-35m处出现粉尘浓度“单峰”分布且逆风峰值远大于顺风峰值;车速越大扬尘强度和粉尘浓度都越大。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 无轨胶轮车行驶对粉尘规律影响的国内外研究现状

1．2．2 矿井粉尘运移规律国内外研究现状

1．2．3 粉尘起动国内外研究现状

1．2．4 气固两相流国内外研究现状

1．3 论文研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法与技术路线

2 辅运巷道粉尘运移的基本理论及数值模拟方法

2．1 巷道粉尘扩散动力学模型

2．2 沉积粉尘扬尘风速理论研究

2．3 巷道粉尘运移数学模型

2．3．1 气固两相流运动方程的建立

2．3．2 粉尘颗粒作用力的分析

3 辅运巷浓度测试及其模型建立

3．1 矿井概况及其辅运巷

3．2 辅运巷粉尘浓度测试及其分析

3．2．1 测试断面确定及其现场数据采集

3．2．2 辅运巷内粉尘浓度测试结果及沿程分布规律

3．2．3 副斜井、井底车场和盘区辅运巷尘源分布

3．3 物理模型的建立

3．4 边界条件设置

3．4．1 双流体模型的边界条件设置

3．4．2 风流边界条件设置

3．5 模型验证

3．6 小-结

4 风流及颗粒粒径对扬尘浓度及运移分布的影响

4．1 风速对粉尘运移分布的影响

4．2 动力粘度对粉尘运移分布的影响

4．3 颗粒直径对粉尘运移分布的影响

4．4 本章小节

5 无轨胶轮车运行对辅运巷扬尘的影响

5．1 无轨胶轮车行驶速度对底板扬尘及粉尘运移分布影响

5．1．1 顺风行驶对底板扬尘及粉尘运移的影响

5．1．2 逆风行驶对底板扬尘及粉尘运移的影响

5．2 无轨胶轮车行驶过程中风流速度对底板扬尘及粉尘运移的影响

5．2．1 无轨胶轮车顺风行驶

5．2．2 无轨胶轮车逆风行驶

5．3 无轨胶轮车相向行驶对底板扬尘及粉尘运移分布影响

5．3．1 巷道中线处粉尘浓度分布

5．3．2 巷道呼吸带粉尘浓度分布

5．3．3 巷道中心线呼吸带高度粉尘分布

5．4 辅运巷粉尘综合防治技术思路

5．5 本章小节

结论

展望

参考文献

作者简历

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