七米大采高综采工作面煤尘浓度分布及除尘的数值模拟研究

发布时间：2017-09-11 05:27

  本文关键词：七米大采高综采工作面煤尘浓度分布及除尘的数值模拟研究

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【摘要】：煤尘、瓦斯、透水、火灾和顶板灾害是煤矿的五大灾害。其中，煤尘灾害是最为严重的。随着近年来国家大发展的需要以及科学技术、制造业的迅速发展，采煤采矿行业中掘进技术在突飞猛进的发展，高效的机械技术的利用实现了采煤工作面采煤量的高出产量。这些技术的快速发展，给煤矿企业带来巨大的利润的同时，十分严重的煤尘危害也与之俱来，这给工人造成了严重的身心危害。 传统的采煤巷道高度在3.5—4.3米间，随着我国对能源需求的与日俱增，尤其是对煤炭的需求量增大，传统的采煤巷道产量已经不能满足需求。近年来，将原有巷道作业面高度升至七米，统称七米大采高综采工作面。作业面高度的提升，产量提升的同时，采煤时大量煤尘的产生已经不能用原有的除尘设备处理。因为巷道高度增加将近三米，空间加大，煤尘在空间内的流向受到多种因素的影响变得无规则。这给除尘方案及除尘设备带来极大挑战。 本文从大采高工作面煤尘处理难度大，煤尘浓度超标严重，煤尘分布无规律及对分布情况理解度模糊等情况着手，按照现有的采煤巷道及巷道内的各个采煤器械实际尺寸为依据，通过数值模拟的主要方法，模拟出综采工作面各个工作面的煤尘浓度分布情况及新风与煤尘混合分布规律，并且对大采高作业面中采煤滚筒切煤时作业面空间中的煤尘颗粒进行不同粒径大小的分步模拟，通过FLUENT软件模拟并分析得出大采高综采工作面在不加装除尘设备时的煤尘浓度分布情况及加装除尘装置后的煤尘浓度分布情况，本论文中所模拟出的数据，符合实际巷道中的各项指标，对大采高综采工作面中煤尘防治及处理起到了具有针对性的建议。 本论文取得的主要结论如下： （1）以流体力学及多相流（主要为气-固两相流）理论为依托，建立数学模型，分析得出大采高综采工作面煤尘运动分布规律及其影响因素。 （2）通过巷道内实际测得作业面的新风风速及滚筒切割煤炭时的各项参数，建立起物理模型，分析出综采作业面滚筒间及工人作业区风流分布特性及煤尘浓度分布情况。 （3）根据文丘里射流理论，利用空气屏障气幕作用，提出了巷道作业面利用空气幕处理煤尘方法及理论，建立起利用空气幕隔离处理煤尘的理论模型。 （4）通过分析多种风幕安装方案，，并且进行不同参数的模拟计算，得出了空气幕布的最佳设计选型及安装参数。 （5）对作业面切割煤时的煤尘按粒径进行了颗粒浓度分级分析，分析出：作业面的煤尘颗粒直径平均在11μm～39μm之间，小于6.2μm的可吸入煤尘占总量的7.2%～21%；粒径小于35μm的煤尘百分比匀速增加，粒径在35%～95μm的煤尘百分比不断地递减。
【关键词】：大采高 空气幕 气固两相流 流动特性 数值模拟
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD714
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 煤尘的危害概论10-12
• 1.2 国内外针对粉尘防治技术的研究现状12-14
• 1.3 综采工作面除尘技术存在的问题14-16
• 1.4 大采高工作面煤尘分布浓度规律及除尘国内外研究现状16-19
• 1.4.1 大采高作业面浓度分布研究现状16-18
• 1.4.2 大采高作业面浓度分布数值模拟研究现状18-19
• 1.5 综采工作面空气风幕隔离理论19-20
• 1.5.1 空气风幕隔离煤尘的原理19-20
• 1.6 主要研究内容及研究方法20-21
• 2 物理模型的建立21-26
• 2.1 大采高工作面简介21-23
• 2.2 添加风幕除尘装置的位置描述23-24
• 2.2.1 风幕除尘装置设计原则23
• 2.2.2 安装风幕除尘装置的位置选择23-24
• 2.3 整个巷道模型的描述24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 数学模型的建立26-35
• 3.1 气相湍流模型26-28
• 3.2 煤尘颗粒的数学模型28-32
• 3.3 巷道风量计算32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 4 数学模型的求解35-42
• 4.1 物理模型的网格划分35-36
• 4.2 网格划分及自适应判定36-38
• 4.3 数值模拟的边界条件设定38-42
• 4.3.1 煤尘与新风混合参数设定38-40
• 4.3.2 添加除尘装置后参数设定40-42
• 5 计算结果分析42-58
• 5.1 大采高综采巷道内流场的运移情况42-45
• 5.1.1 速度场分布规律42-43
• 5.1.2 颗粒轨迹运动规律43-45
• 5.2 添加采煤滚筒喷射煤尘颗粒后整个巷道的浓度场45-52
• 5.2.1 巷道X不同截面煤尘浓度分布云图45-48
• 5.2.2 巷道Y不同截面煤尘浓度分布云图48-50
• 5.2.3 巷道Z不同截面煤尘浓度分布云图50-52
• 5.3 本章小结52-53
• 5.4 添加风幕除尘装置后的煤尘浓度分布及除尘效果53-58
• 5.4.1 X=5m/s，Z=-3 m/s矢量时除尘效果53-55
• 5.4.2 X=6m/s，Z=-1 m/s矢量时除尘效果55-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 附录B1 主要符号表64-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：828888