高海拔矿山掘进面粉尘运移规律及通风除尘系统优化

发布时间：2017-09-19 16:33

  本文关键词：高海拔矿山掘进面粉尘运移规律及通风除尘系统优化

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【摘要】：掘进工作面在凿岩、爆破及出渣过程中会产生大量粉尘,粉尘危害目前已被列为矿井五大灾害之一,对矿山的安全生产和职工的身体健康构成严重威胁,而高海拔低压缺氧的特殊条件使机械设备产尘量增加,同时降低了劳动生产率,因此,高海拔矿山的粉尘危害更为严重。为了解决高海拔矿山粉尘危害的难题,以西藏甲玛铜多金属矿4470m掘进工作面为研究背景,采取了理论分析、现场实测与试验、数值模拟以及现场应用相结合的方法探索粉尘的运移规律与通风除尘的效果,并对通风除尘系统优化。论文主要研究工作包括：(1)依据梯度输送理论推导出了掘进工作面多尘源粉尘扩散模型,依据气固两相流理论分析了粉尘颗粒在气流中的受力情况,并根据动力学沉降方程推导了高海拔掘进面粉尘沉降速度表达式,计算了不同粒径粉尘的最终沉降速度。(2)对矿区工人进行实地调查,研究了氧气含量、心率、血氧饱和度等参数的变化趋势,分析了人体呼吸频率的变化规律,并计算出高海拔粉尘浓度修正指标；对掘进巷道内的粉尘浓度进行监测,分析了不同参数条件以及不同巷道环境时,凿岩作业与出渣作业各尘源下的粉尘运移规律。(3)通过现场试验分别对掘进工作面应用压入式通风与长压短抽式通风除尘系统的风流流场与粉尘浓度进行了分析,并对长压短抽式通风除尘系统进行优化,得到了最优通风参数。(4)依据气固两相流理论,运用GAMBIT建立了掘进巷道通风除尘的几何模型并划分网格,采用FLUENT软件对压入式通风与长压短抽式通风进行数值模拟,对比分析了压入式通风与长压短抽式通风除尘系统的除尘效率,并通过数值模拟验证了长压短抽式通风除尘系统的最优通风参数。(5)针对甲玛矿山掘进巷道多尘源的产尘特点,在长压短抽式通风除尘系统的基础上设计了分风除尘模型,采用数值模拟的方法得出了分风除尘参数的最优值,并予以现场安装应用,根据现场的除尘效率表明了分风除尘模型的应用效果。
【关键词】：高海拔矿山 掘进工作面 粉尘运移规律 通风系统优化 数值模拟
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 引言12-17
• 1.1 问题的提出12-14
• 1.2 研究意义14-15
• 1.3 研究内容与技术路线15-17
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 2 文献综述17-30
• 2.1 国内外粉尘研究的发展17-18
• 2.2 粉尘运移规律研究现状18-21
• 2.2.1 理论研究现状18-19
• 2.2.2 实验研究现状19-20
• 2.2.3 数值模拟技术研究现状20-21
• 2.3 粉尘防治技术研究现状21-26
• 2.3.1 喷雾降尘研究现状21-22
• 2.3.2 物理化学防尘研究现状22-23
• 2.3.3 通风除尘研究现状23-26
• 2.4 高海拔气候分析及粉尘危害研究现状26-30
• 2.4.1 高海拔气候对人体生理的影响26-27
• 2.4.2 高海拔气候对生产的影响27-28
• 2.4.3 细颗粒物危害研究现状28-30
• 3 高海拔掘进面粉尘运移理论研究30-52
• 3.1 掘进面粉尘产生机理30-33
• 3.1.1 粉尘粒径分类30-31
• 3.1.2 掘进面粉尘来源及产尘机理31-32
• 3.1.3 掘进面粉尘浓度的影响因素32
• 3.1.4 掘进面产尘量的计算32-33
• 3.2 气体运动数学模型33-35
• 3.3 掘进面粉尘扩散模型推导35-42
• 3.3.1 粉尘层流扩散模型36-38
• 3.3.2 粉尘湍流扩散模型38
• 3.3.3 掘进巷道粉尘扩散模型38-42
• 3.4 掘进面粉尘运移及沉降模型42-51
• 3.4.1 空气参数变化研究42-45
• 3.4.2 粉尘动力学模型推导45-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 高海拔掘进面粉尘浓度修正指标及运移规律研究52-87
• 4.1 矿山概况及开采现状52-55
• 4.1.1 矿山概况52-53
• 4.1.2 开采现状53-55
• 4.2 高海拔掘进面粉尘浓度修正指标研究55-69
• 4.2.1 高海拔气候分析55-57
• 4.2.2 氧含量变化研究57-59
• 4.2.3 血氧饱和度变化研究59-66
• 4.2.4 人体呼吸频率变化研究66-68
• 4.2.5 粉尘浓度修正指标研究68-69
• 4.3 掘进面粉尘浓度及空气参数监测69-73
• 4.3.1 测量设备70
• 4.3.2 测量方法70-73
• 4.4 掘进面铲运机产尘及粉尘运移规律分析73-80
• 4.4.1 不同截面距离下粉尘浓度分布73-75
• 4.4.2 不同粒径下的粉尘浓度分布75-76
• 4.4.3 不同转速下的粉尘浓度分布76-78
• 4.4.4 铲运机运行前后粉尘浓度分布78-80
• 4.5 掘进面不同环境条件下粉尘运移规律80-86
• 4.5.1 不同粒径的粉尘浓度垂直分布80-82
• 4.5.2 不同相对湿度下的粉尘浓度分布82-84
• 4.5.3 不同巷道风速下的粉尘浓度分布84-86
• 4.6 本章小结86-87
• 5 掘进面通风除尘系统现场试验及参数优化87-109
• 5.1 现场试验设计87-90
• 5.1.1 试验仪器及设备参数87-88
• 5.1.2 试验测点布置88-90
• 5.2 压入式通风除尘系统测定结果及分析90-93
• 5.2.1 风流流场分析90
• 5.2.2 风速沿程变化分析90-92
• 5.2.3 粉尘浓度沿程变化分析92-93
• 5.3 长压短抽式通风除尘系统测定结果及分析93-96
• 5.3.1 风速沿程变化93-94
• 5.3.2 粉尘浓度沿程变化94-96
• 5.3.3 除尘效率对比96
• 5.4 长压短抽式通风除尘系统参数优化试验96-108
• 5.4.1 压抽风筒与掘进面距离优化试验97-100
• 5.4.2 压入风量试验100-104
• 5.4.3 抽压比试验104-108
• 5.5 奉章小结108-109
• 6 掘进面通风除尘系统数值模拟及参数优化109-132
• 6.1 压入式通风除尘系统数值模拟110-119
• 6.1.1 模型的建立与边界条件设定110-115
• 6.1.2 模拟结果分析115-119
• 6.2 长压短抽式通风除尘系统数值模拟119-123
• 6.2.1 几何模型建立与网格划分119
• 6.2.2 计算模型及边界条件119-120
• 6.2.3 数值模拟结果及分析120-123
• 6.3 数值模拟与现场试验比较研究123-125
• 6.4 长压短抽式通风除尘系统参数优化模拟125-131
• 6.4.1 压风筒与掘进面作业距离模拟分析125-127
• 6.4.2 抽风筒与掘进面作业距离模拟分析127-128
• 6.4.3 压入风量模拟分析128-130
• 6.4.4 抽压比模拟分析130-131
• 6.5 本章小结131-132
• 7 掘进面分风除尘系统研制与应用132-146
• 7.1 分风除尘系统设计132-133
• 7.2 分风除尘系统参数数值模拟133-140
• 7.2.1 后置压风口作业距离模拟134-135
• 7.2.2 后置压风口压入风量模拟135-137
• 7.2.3 后置抽压比模拟137-139
• 7.2.4 分风除尘系统效果模拟139-140
• 7.3 分风除尘系统现场应用140-145
• 7.3.1 分风除尘系统各部分结构及参数140-142
• 7.3.2 分风除尘系统的安装与测点布置142-143
• 7.3.3 分风除尘系统应用结果分析143-145
• 7.4 本章小结145-146
• 8 结论与创新点146-150
• 8.1 主要研究结论146-148
• 8.2 创新点148-149
• 8.3 存在问题及研究展望149-150
• 参考文献150-158
• 作者简历及在学研究成果158-161
• 学位论文数据集161

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