前抽后压混合式通风的掘进工作面粉尘分布规律的数值模拟研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:xuzhonghai01
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近年来,职业尘肺病作为危害人们身体健康的一大恶疾,已经被越来越多的人关注,特别是在煤矿行业里,尘肺病感染问题尤其突出。预防尘肺病的发生,最有效的措施就是控制粉尘源,防治粉尘在作业区扩散,同时将粉尘排出作业区。随着煤矿机械化程度的提高,机掘工作面是煤矿井下粉尘污染最严重的区域之一,实践证明,混合式通风是改善机掘工作面作业环境,确保安全生产的一种最有效的通风方式。通过CFD数值模拟可以准确掌握掘进巷道风流流场分布规律以及分流运动传质过程,从而掌控巷道内粉尘分布情况,可以据此确定合理的风筒出口距掘进巷道迎头断面的距离、抽压风量比以及掘进巷道的面积对合理工况参数的影响,这对掘进工作面炮烟、粉尘等有毒、有害物质的排出和防止其积聚有着极其重要的使用价值。本文运用流体力学、空气动力学、射流理论及矿井通风理论,采用数值模拟及实验室研究方法,以古城煤矿掘进巷道通风系统为背景,从通风流场结构、粉尘运移规律及控尘效果等方面对机掘工作面前抽后压混合式通风方式进行了系统的研究,为实际工程中通风系统的合理布置提供了技术依据:(1)在利用射流理论分析了自由紊流淹没射流的基础上,运用贴附壁射流理论分析了机掘工作面前抽后压的风流流场结构。(2)以矿山实际掘进巷道通风系统为背景,运用gambit软件建立了简化的混合式前抽后压通风物理模型,并且引入扰动源模型来近似模拟掘进巷道迎头面粉尘的扩散规律。(3)利用流体力学软件Fluent对机掘工作面前抽后压混合式通风进行了多工况参数模拟,采用Fluent提供的离散相模型(DPM模型)来模拟粉尘在巷道内的迁移运动,得出了该种通风方式下影响通风控尘的合理工况参数,即即合理的抽压风筒口位置和合理的抽压风量比。同时通过改变巷道断面积的大小,进一步分析了不同巷道断面积对合理工况参数的影响。(4)依据相似理论,在实验室条件下建立了前抽后压混合式通风实验模型,对数值模拟得出的合理工况参数进行了验证,实验结果与数值模拟结果基本一致。
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