长压短抽式通风综掘工作面粉尘运移规律研究

摘要

矿井粉尘灾害是煤矿的五大自然灾害之一，在煤炭开采过程中几乎每一个生产场所都会产生粉尘颗粒，其中掘进工作面由于掘进工序复杂，开采过程中容易产生大量粉尘的颗粒，粉尘污染问题比较突出。近些年来随着煤矿掘进技术的不断提高，煤矿的开采强度和生产集中度的大幅上升，为煤炭行业的大型化、集约化生产创造了有利条件。由于高效高产的煤矿开采，矿井粉尘浓度的越来越高，粉尘问题也日益凸现出来。矿井产生的大量粉尘颗粒在风流作用下四处漂流，对人体的健康造成严重的威胁，尤其是呼吸性粉尘颗粒对人体的危害最大，长期吸入大量粉尘颗粒容易使得人体患上尘肺病，同时大量的粉尘颗粒在一定的条件下还会发生爆炸，会造成大量的人员伤亡和财产损失，严重威胁到矿井的安全生产。此外粉尘颗粒还会造成机械设备的磨损，减少其使用年限同时也增加人员对设备的维修成本。因此本文对粉尘颗粒的运动规律进行了理论分析和通过数值软件的手段来研究了掘进工作面长压短抽式通风风流流场的分布规律以及粉尘颗粒在掘进巷道的移运规律，为掘进工作面更好的采取有效的防尘措施提供了理论支持，对保护井下工作人员的安全和矿井的安全生产有着重大的意义。　　本文探讨了影响在综掘工作面粉尘产生的因素包括自然条件和生产条件。其中自然条件包括：地质构造、煤、岩的物理性质等因素；生产条件主要为：生产强度，通风状况，切割参数以及采掘方法等因素。基于流体力学、计算流体力学以及空气动力学等理论知识，建立了粉尘运动的数学模型，并根据该数学模型来对粉尘颗粒在风流中的运动规律、粉尘颗粒在静止的空气中沉降、粉尘颗粒在巷道中的沉降与扩散以及粉尘颗粒之间的碰撞运动等进行了分析。此外为了更好的降低掘进工作面的粉尘的浓度，本文还根据气固两项流理论，通过GAMBIT数值软件建立掘进巷道的三维模型并利用FLUEN T软件对巷道流场分布以及粉尘浓度变化规律进行数值模拟，根据粉尘分布情况可以得出如下结论：　　（1）距离工作面10米左右位置粉尘浓度一般到达最高值，随着距离的增加粉尘浓度逐渐降低，最后趋于稳定；　　（2）巷道中的风速对粉尘浓度的影响也比较大，改变压入风筒的风速可以降低粉尘的浓度；　　（3）数值模拟的结果与现场实测的结果稳合性较好，说明本文建立的模型与选择的方法相适应，通过数值模拟出来的结果具有合理性与可信性，对指导矿井粉尘防治有着重要的参考价值。

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第一章 绪论

1. 1 选题的背景和意义

1.2 国内外防尘技术研究现状

1.3 本文研究的内容与方法

1.4 本文研究的方法与技术路线

1.5 本章小结

第二章 掘进工作面粉尘的产生、运动以及分布规律

2.1 矿尘及其性质

2.2 矿尘的几何特性及粒度分布函数

2.3 矿尘的极限许可浓度

2.4 掘进工作面粉尘的产生与分布

2.5 粉尘运动的数学模型

2.6 尘粒在风流中的运动规律

2.7 山西某矿掘进工作面粉尘浓度分布规律

2.8 山西某矿掘进面粉尘颗粒分散度的分布规律

2.9 本章小结

第三章 计算流体力学理论与常见的CFD商用软件简介

3.1 计算流体力学概述

3.2 流体动力学基本控制方程

3.3 控制方程的离散化

3.4 湍流模型数值模拟方法

3.5 计算流体力学求解过程

3.6 常用的CFD软件简介

3.7 本章小结

第四章 综掘工作面粉尘移运数值模拟及降尘优化研究

4.1 Fluent数值模拟软件求解步骤

4.2 数学模型的基本假定

4.3 气固两项流数学模型的建立

4.4长压短抽通风掘进面粉尘移运分布规律数值模拟

4.5 综掘工作面粉尘浓度的测定及对比分析

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果