综掘面风筒出风口参数变化对粉尘场影响研究

作     者：莫金明 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龚晓燕;岳巧珍

授予年度：2018年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：综掘面 出风口参数 粉尘场 粉尘浓度 预测模型 

摘      要：近年来由于综掘面长距离大断面掘进,并且掘进速度不断突破,导致矿井产尘量不断增加,粉尘爆炸事故及污染风险日益加剧。现有综掘面风筒出风口直径、偏转角度及前后距离不能实时改变,造成巷道内风流分布不合理,已不能满足通风需求。针对目前综掘面通风存在问题,采用流体力学理论、有限元数值模拟与并下实测相结合方法分析出风口前后距离、直径、偏转角度变化对粉尘分布影响规律,获取出风口参数与粉尘浓度关系的回归样本数据,利用多元回归分析方法建立出风口参数变化对粉尘分布影响的浓度预测模型,并进行降尘效果分析,为实现综掘面安全及绿色通风提供理论依据。具体研究内容如下:（1）风流场及粉尘场的流体力学理论分析。分析综掘面风流、粉尘实际分布情况及粉尘各区气流组织形成机理,采用质量守恒,能量守恒及动量守恒定律对风流分布进行分析,并采用DPM离散相模型对粉尘浓度分布进行分析,为后文研究出风口参数变化对粉尘分布影响奠定理论基础。（2）风流场及粉尘场数值模拟方案建立及井下实测验证研究。通过对综掘面现场实际通风环境和产尘情况分析建立风流场及粉尘场数值模拟方案,选取具体综掘面为研究对象,利用Fluent软件进行风流场及粉尘场数值模拟计算。对风筒轴心线速度及回流区人行处沿程粉尘浓度实测数据与数值模拟结果进行对比分析,验证数值模拟方案的合理和可行性。（3）出风口参数变化对粉尘场影响的数值模拟实验及回归样本数据获取研究。利用验证的数值模拟方案对原始通风条件下的粉尘分布规律进行分析,针对存在的问题,设计出风口距端头距离、直径、偏转角度变化下的粉尘场模拟实验方案,分析出风口参数变化对粉尘分布的影响规律,并获取大量风流参数变化与粉尘浓度关系的回归样本数据。（4）出风口参数变化对粉尘浓度分布影响的预测模型建立及降尘效果分析。通过已获取的出风口参数变化与粉尘浓度关系的样本数据,利用回归方法建立出风口距端头最近距离5m时的巷道安全隐患关键位置处及司机呼吸带高度的粉尘浓度预测模型,及最远距离10m时巷道安全隐患关键位置处及司机呼吸带高度的粉尘浓度预测模型。并进行降尘效果分析得出,经调控后,巷道安全隐患关键位置处及司机呼吸带高度的粉尘浓度明显降低,降尘效果明显,为实现最佳粉尘浓度分布的出风口风流调控奠定理论依据。