独头巷道掘进爆破炮烟扩散规律研究
发布时间：2021-03-01 06:46
爆破作为一种经济高效的施工技术已广泛应用于矿山岩石巷道的掘进施工中,但它也会不可避免的产生一定量高浓度的炮烟,其主要成分有CO和NOx,而CO相较于NOx性质更加稳定且对人体伤害巨大,严重时可造成人员窒息死亡,并且也会不可避免的影响后续工作的正常进行,因此研究并掌握爆破后独头巷道内部炮烟的扩散规律,无论是对生产企业还是对人员安全来讲都有着极其重要的理论和现实意义。本文在对前人有关掘进爆破空间中炮烟有害成分和炮烟扩散规律问题研究的基础上,依托“大断面硬岩巷道快速掘进技术研究”科研课题,以掘进工作面爆破后生成的炮烟为研究对象,综合运用理论分析、现场试验和数值模拟的方法,通过工程现场实测和几何建模软件Workbench及计算流体动力学软件ANSYS FLUENT,分析了掘进工作面炮烟有害成分的时空演化特征,研究其扩散规律,通过对以上内容的研究,取得如下研究成果:1)讨论了现有风量计算方法中存在的不足之处,并应用紊流变形和扩散理论提出了一种新的爆破掘进通风风量计算的公式。2)对于同一巷道断面,靠近巷道壁面位置处的炮烟浓度峰值到达时间要略迟于其中心轴线...
【文章来源】：华北科技学院河北省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
24爆破掘进独头巷道炮烟在扩散过程中遵守组分质量守恒定律：()+()+()+()=()+()+()+（3-6）式中：-CO组分质量浓度；-CO组分的扩散系数；-生产率。3.2掘进巷道数值建模(Numericalmodelingofdrivingroadway)3.2.1几何建模掘进巷道几何建模以某矿专用行人巷掘进面为参考建立模型，模型简化后，利用ANSYSWorkbench建立巷道几何模型，如图3-1所示，该掘进巷道最大断面按矩形巷处理，巷道宽3.5m，巷道高3.2m,长度为120m。掘进面采用压入式通风方式进行通风，风筒敷设在巷道壁面左侧，风筒中心轴线到巷道顶板的距离0.6m。风筒为柔性阻燃胶材质，直径为800mm，风筒出口风量为200~380m3/min，风筒出口到掘进面距离为10m，局部通风机布置在新鲜风流中，距离掘进巷道出口为15m。以靠近掘进面的风筒截面为空气入口，远离掘进面的巷道末端截面为空气出口，整个巷道内部设为流体。图3-1几何模型示意图Figure3-1Schematicdiagramofthegeometricmodel3.2.2网格划分
25结合所要解决的气体扩散问题，在workbench建模之后，对专用行人巷及风筒采用Tet/Hybird（四面体加六面体、锥体和楔形体单位）网格单元、Tgrid（混合网格）进行网格划分，单元最小长度为0.25，网格总数为105820个。网格划分结束之后，设定边界条件的类型为后处理器做准备，指定靠近掘进的风筒口为气体的速度入口（velocity-inlet），远离掘进面的巷道断面为气体出口（outflow），其余默认为壁面边界（wall）。网格生成结果如图3-2所示。图3-2掘进巷道模型网格划分Figure3-2Meshingofthetunnelmodel3.3FLUENT数值模拟（FLUENTNumericalsimulation）Workbench建好巷道几何模型之后，将网格文件导入FLUENT中，在软件内建立符合现场条件的空气流动的数学模型，之后进行参数设置求解。3.3.1求解条件设置将划分过网格的巷道模型导入到ANSYSFLUENT模拟软件中随后进行网格检查，以避免后期不必要问题的出现，之后要对求解器进行相关的设置，如图3-3所示，由于掘进面爆破后产生的炮烟可以看作是不可压缩流体，故求解时采用基于压力的求解器（PresureBased）。又由于此次模拟的气体扩散与时间紧密相关，并且是一个瞬态问题，故选取使用的是非稳态模型（Unsteady）。对于该试验巷道模型，选择一阶隐式（1st-OrderImplicit）即可满足其精度要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采场爆破炮烟扩散规律的Fluent数值模拟[J]. 张云鹏,孔令华. 化工矿物与加工. 2017(03)
[2]掘进工作面爆破作业CO浓度超限问题分析[J]. 张小林. 能源与节能. 2015(09)
[3]独头巷道爆破后氡及炮烟的运移规律[J]. 叶勇军,江俊廷,丁德馨,钟永明,谢超. 中国安全科学学报. 2015(05)
[4]高速公路隧道掘进水封爆破技术试验研究[J]. 黄槐轩,程康. 土工基础. 2014(03)
[5]独头巷道掘进过程中排烟时间预测[J]. 纪洪广,曹杨,张舸,李颂,陈布雷,蒋华. 金属矿山. 2014(05)
[6]特长公路隧道独头掘进施工通风组织研究[J]. 宋从军,李科,郭军,林志. 公路交通技术. 2014(02)
[7]大断面掘进压入式风筒最佳高度的数值模拟[J]. 朱红青,朱帅虎,贾国伟. 安全与环境学报. 2014(01)
[8]按炸药量计算压入式通风掘进工作面需风量的方法探讨[J]. 张春山,孟志斌,吕斌. 中国煤炭. 2014(02)
[9]青藏铁路关角特长隧道通风设计与施工[J]. 黎爱清,刘世杰. 铁道标准设计. 2013(06)
[10]长距离局部通风技术的发展现状与趋势[J]. 王文才,乔旺. 煤炭科学技术. 2012(01)
硕士论文
[1]白石潭铁矿地下矿山采场通风系统优化研究[D]. 刘磊.重庆大学 2014
[2]掘进巷道爆破后混合式通风数值模拟[D]. 曹艳霞.广西大学 2014
[3]城镇天然气管道泄漏扩散的CFD模拟及后果分析[D]. 张琼雅.重庆大学 2013
[4]矿山独头巷道炮烟扩散规律的数值模拟研究[D]. 方鹏.昆明理工大学 2013
[5]巷道型采场通风炮烟运动的数值试验[D]. 谭香.广西大学 2012
[6]回采爆破空间中有害物质扩散规律模拟与分析[D]. 张秀华.中南大学 2010
本文编号：3057105
【文章来源】：华北科技学院河北省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
24爆破掘进独头巷道炮烟在扩散过程中遵守组分质量守恒定律：()+()+()+()=()+()+()+（3-6）式中：-CO组分质量浓度；-CO组分的扩散系数；-生产率。3.2掘进巷道数值建模(Numericalmodelingofdrivingroadway)3.2.1几何建模掘进巷道几何建模以某矿专用行人巷掘进面为参考建立模型，模型简化后，利用ANSYSWorkbench建立巷道几何模型，如图3-1所示，该掘进巷道最大断面按矩形巷处理，巷道宽3.5m，巷道高3.2m,长度为120m。掘进面采用压入式通风方式进行通风，风筒敷设在巷道壁面左侧，风筒中心轴线到巷道顶板的距离0.6m。风筒为柔性阻燃胶材质，直径为800mm，风筒出口风量为200~380m3/min，风筒出口到掘进面距离为10m，局部通风机布置在新鲜风流中，距离掘进巷道出口为15m。以靠近掘进面的风筒截面为空气入口，远离掘进面的巷道末端截面为空气出口，整个巷道内部设为流体。图3-1几何模型示意图Figure3-1Schematicdiagramofthegeometricmodel3.2.2网格划分
25结合所要解决的气体扩散问题，在workbench建模之后，对专用行人巷及风筒采用Tet/Hybird（四面体加六面体、锥体和楔形体单位）网格单元、Tgrid（混合网格）进行网格划分，单元最小长度为0.25，网格总数为105820个。网格划分结束之后，设定边界条件的类型为后处理器做准备，指定靠近掘进的风筒口为气体的速度入口（velocity-inlet），远离掘进面的巷道断面为气体出口（outflow），其余默认为壁面边界（wall）。网格生成结果如图3-2所示。图3-2掘进巷道模型网格划分Figure3-2Meshingofthetunnelmodel3.3FLUENT数值模拟（FLUENTNumericalsimulation）Workbench建好巷道几何模型之后，将网格文件导入FLUENT中，在软件内建立符合现场条件的空气流动的数学模型，之后进行参数设置求解。3.3.1求解条件设置将划分过网格的巷道模型导入到ANSYSFLUENT模拟软件中随后进行网格检查，以避免后期不必要问题的出现，之后要对求解器进行相关的设置，如图3-3所示，由于掘进面爆破后产生的炮烟可以看作是不可压缩流体，故求解时采用基于压力的求解器（PresureBased）。又由于此次模拟的气体扩散与时间紧密相关，并且是一个瞬态问题，故选取使用的是非稳态模型（Unsteady）。对于该试验巷道模型，选择一阶隐式（1st-OrderImplicit）即可满足其精度要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采场爆破炮烟扩散规律的Fluent数值模拟[J]. 张云鹏,孔令华. 化工矿物与加工. 2017(03)
[2]掘进工作面爆破作业CO浓度超限问题分析[J]. 张小林. 能源与节能. 2015(09)
[3]独头巷道爆破后氡及炮烟的运移规律[J]. 叶勇军,江俊廷,丁德馨,钟永明,谢超. 中国安全科学学报. 2015(05)
[4]高速公路隧道掘进水封爆破技术试验研究[J]. 黄槐轩,程康. 土工基础. 2014(03)
[5]独头巷道掘进过程中排烟时间预测[J]. 纪洪广,曹杨,张舸,李颂,陈布雷,蒋华. 金属矿山. 2014(05)
[6]特长公路隧道独头掘进施工通风组织研究[J]. 宋从军,李科,郭军,林志. 公路交通技术. 2014(02)
[7]大断面掘进压入式风筒最佳高度的数值模拟[J]. 朱红青,朱帅虎,贾国伟. 安全与环境学报. 2014(01)
[8]按炸药量计算压入式通风掘进工作面需风量的方法探讨[J]. 张春山,孟志斌,吕斌. 中国煤炭. 2014(02)
[9]青藏铁路关角特长隧道通风设计与施工[J]. 黎爱清,刘世杰. 铁道标准设计. 2013(06)
[10]长距离局部通风技术的发展现状与趋势[J]. 王文才,乔旺. 煤炭科学技术. 2012(01)
硕士论文
[1]白石潭铁矿地下矿山采场通风系统优化研究[D]. 刘磊.重庆大学 2014
[2]掘进巷道爆破后混合式通风数值模拟[D]. 曹艳霞.广西大学 2014
[3]城镇天然气管道泄漏扩散的CFD模拟及后果分析[D]. 张琼雅.重庆大学 2013
[4]矿山独头巷道炮烟扩散规律的数值模拟研究[D]. 方鹏.昆明理工大学 2013
[5]巷道型采场通风炮烟运动的数值试验[D]. 谭香.广西大学 2012
[6]回采爆破空间中有害物质扩散规律模拟与分析[D]. 张秀华.中南大学 2010
本文编号：3057105
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