矿山独头巷道炮烟扩散规律的数值模拟研究

发布时间：2019-10-08 08:33

【摘要】：随着矿山开采时间越来越长和资源不断地枯竭,许多矿山要进行深部开采。丌采深度越大,井下通风环境(如温度,湿度等)越恶劣,各种工作面爆破产生的有毒有害气体也越来越难以及时排除。矿用硝铵炸药产生的有毒气体为CO和NOX, CO对人体有巨大的伤害,严重时可使人窒息死亡。如果炮烟不能及时排除造成炮烟中毒事故,会导致作业人员伤亡,最终给企业和国家带来严重的经济损失。本论文在CFD理论的支持下,以大姚某矿山为研究对象,用GAMBIT软件建立了12种巷道模型,模拟了5大类不同的工况,研究炮烟扩散的整体规律,并且详细阐述了CFD数值模拟过程及爆破炮烟生成的有害气体性质和危害。本文在实际巷道模型的基础上,计算了CO扩散系数并考虑了NOx的含量,采用市场主流的CFD软件FLUENT对巷道爆破后炮烟扩散过程进行数值模拟与分析。本论文在对巷道炮烟扩散规律利用FLUENT模拟之前,研究确定了影响炮烟扩散的三个重要因素,分别包括风筒直径、风量大小以及风筒口距离工作面的距离。根据实际情况,其具体研究内容和结论包括：受限空间内氢气扩散模拟、巷道内炮烟湍流流动数值模拟、压入式附壁射流流场数值模拟、炮烟浓度区域运移规律、局扇和风筒直径对巷道通风的影响、合理的压入式通风风量以及通风时间与巷道进尺之间的线性关系。研究结果表明：炮烟浓度带的移动符合一定的规律,由掘进工作面向巷道口处移动；当巷道进尺为20m时,应该及时安装局部通风机；风筒的直径和风筒口距离工作面的距离对炮烟排除过程有一定的影响；压入式通风时,合理的通风风量小于按最小排尘风速公式的计算值和矿山实际通风风量；用EXCEL线性拟合出通风时间与巷道进尺之间的数学关系；根据某矿山井下的KJ90NB监测监控系统实际监测数据分析验证气体浓度变化一般性规律；为了防止数据失真,建议增加CO传感器的数量和改变其安装位置；最后,通过数值模拟为矿山选取最佳通风方案以及提出相关建议。本文研究内容对矿山的实际开采和掘进工作具有一定的指导意义,并且对制定通风措施有很大的参考作用。随着CFD模拟技术的快速发展和井下“六大系统”的建设力度不断提高,将来有关炮烟扩散问题的研究将具有更大的严谨性、深度性以及多样性。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD721

【参考文献】