溜井冲击气流数值模拟与控制研究

发布时间：2017-09-17 13:07

  本文关键词：溜井冲击气流数值模拟与控制研究

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【摘要】：矿山主溜井大多位于井底车场附近,进风巷道的旁侧,随着越来越多的地下矿山进入深部开采,溜井卸矿高度的不断增大,溜井冲击气流及粉尘污染日益严重。溜井卸矿时由于受到溜井细长空间的限制,溜井内的空气在下落的破碎矿石的压缩下,形成类似于活塞运动,卸矿高度的增加使溜井内的空气急剧压缩并产生更大的动压,进而生成更加强大的冲击风流,风流夹带着粉尘通过支岔溜井和卸矿硐室将形成更大范围的扩散,严重污染卸矿硐室及周围巷道,甚至污染整个通风系统。因此,当前对溜井冲击气流的控制研究具有非常重大的意义。论文以矿山主溜井放矿过程为研究对象,依据活塞风空气动力学基本方程和矿井活塞风计算模型,建立了溜井冲击气流物理模型和数学模型;阐述了控制方程离散方法与数值求解方法;运用FLUENT软件动网格模块对溜井断面大小、放矿量、放矿频率、放矿高度等影响因素进行模拟,分析了各因素的对冲击气流的影响规律,采用三维数值模拟对矿石下落时溜井内流场、压力场及溜井口冲击风流变化规律进行了模拟分析,并用矿山实测数据对模拟结果进行了验证;最后总结了当前溜井冲击气流的控制方法,并对溜井口密闭和泄压井泄压这两种方法进行了模拟,论证了该方法的可行性。研究结果表明:溜井放矿时,阻塞比小于0.25有利于降低溜井冲击气流,即减小一次性放矿量或增大溜井断面能降低冲击气流;冲击气流大小随着放矿高度呈线性关系增长,高溜井放矿时分段式溜井或阶梯式溜井有利于减小冲击气流;多阶段同时放矿时,不同阶段放矿的放矿体所产生的气压会发生叠加或抵消,模拟结果表明相隔一中段放矿有利于降低溜井冲击气流。溜井放矿过程中,在下落放矿体前端形成正压力区,放矿体后端形成负压力区域,放矿体前后端压力差随下落放矿体速度增加而增大,溜井内部气流流场可分为放矿体后端溜井口的涌入气流区域,放矿体四周与溜井壁间的反向气流区域,放矿体尾端近壁面涡流区域,放矿体前端至下部溜井口的冲击气流区域;溜井冲击气流控制措施中溜井口密闭的方式对于低于300m的溜井具有较好的效果,且不会对溜井结构稳定产生影响;泄压井泄压的方式对减小支岔溜井口冲击气流效果同样明显。但对溜井冲击气流治理工作而言,应坚持综合治理的方针,从设计源头抓起,同时要加强放矿管理,采取联合治理的方法。
【关键词】：溜井 冲击气流 数值模拟 动网格 控制措施
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD521.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 溜井系统12
• 1.2.2 溜井冲击气流及控制研究现状12-15
• 1.3 活塞风研究现状15-16
• 1.4 动网格研究现状16-17
• 1.5 研究方法及主要内容17-19
• 1.5.1 研究方法17
• 1.5.2 主要研究内容17-18
• 1.5.3 研究技术线路18-19
• 第二章 物理数学模型19-26
• 2.1 概述19
• 2.2 模型简化与假设19-20
• 2.3 流场数值计算的方法20
• 2.4 控制方程20-21
• 2.5 湍流方程21-23
• 2.6 动网格流场计算方程23-24
• 2.7 控制方程的离散化24-26
• 第三章 溜井冲击气流影响因素模拟分析26-42
• 3.1 概述26
• 3.2 溜井冲击气流影响因素理论分析26-27
• 3.3 溜井断面及放矿量对冲击风流的影响27-33
• 3.3.1 物理模型及网格划分27
• 3.3.2 直径3m溜井冲击风流数值模拟27-29
• 3.3.3 直径5m溜井冲击风流数值模拟29-32
• 3.3.4 溜井断面尺寸对冲击气流的影响32
• 3.3.5 阻塞比对冲击气流的影响32-33
• 3.4 卸矿频率对冲击风流的影响33-38
• 3.4.1 物理模型及网格划分33-34
• 3.4.2 数值模拟及结果分析34-38
• 3.5 卸矿高度对溜井冲击风流的影响38-41
• 3.5.1 物理模型及网格划分38-39
• 3.5.2 数值模拟及结果分析39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 溜井冲击气流流场数值模拟42-64
• 4.1 溜井冲击气流理论42-45
• 4.1.1 物理模型与假设42-43
• 4.1.2 溜井冲击气流流计算模型43-45
• 4.2 溜井冲击气流数值模拟45-60
• 4.2.1 几何模型及边界条件45-46
• 4.2.2 网格划分及参数设置46-47
• 4.2.3 数值模拟参数及边界条件的设定47-48
• 4.2.4 模拟结果及分析48-60
• 4.3 冲击气流测定及数据分析60-63
• 4.3.1 测试主溜井基本情况60-61
• 4.3.2 测试方法61
• 4.3.3 测定结果处理及分析61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 溜井冲击气流控制研究64-74
• 5.1 溜井冲击气流及粉尘治理措施64-65
• 5.2 溜井冲击气流控制模拟65-72
• 5.2.1 溜井口密闭数值模拟65-68
• 5.2.2 泄压井泄压数值模拟68-72
• 5.3 溜井卸矿管理72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 结论与展望74-77
• 6.1 主要研究成果及结论74-75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录A 个人简历及攻读硕士学位期间发表论文80-81
• 致谢81

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