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基于COMSOL的非煤地下矿山机械通风系统研究

时间:2017-8-16 10:07:00   来源:本网   添加人:admin

  地下矿山工作空间狭小、采矿作业过程中产生的粉尘和有毒有害气体不能及时扩散等特殊的生产条件,使得地下矿山采掘过程中的不安全因素增多。矿井污染物含量的高低与矿井的通风系统有着直接的联系。近年来,机械通风系统的使用在国内非煤地下矿山中得到普及,但我国非煤地下矿山采矿主要利用自然通风方式进行炮后作业。不利于污风的排放;易导致有毒气体局部聚集,造成人员中毒等隐患。因此,建立一个有效与完善的通风系统是非常必要的。

  1采场概况黄坡山石灰石地下矿山开采的石灰岩,开采厚度为6m.顶、底板为灰岩,顶底板岩石力学强度高,稳定性较好。矿层延伸较稳定,矿层总体倾向89°,倾角1°2°,采用主平硐+斜坡道开拓方式。在该地下矿山工作面上采用大管道抽出式机械通风,供风量为630m3/min.工作面采用放炮落岩,自然通风。

  2数学模型2.1物理模型鉴于地下采场巷道温度、顶底板较稳定,巷道断面积无明显变化,因此对物理模型进行简化。根据黄坡山石灰岩矿山工作面的实际情况,建立二维模型,模型长为100m,宽为60m,在工作面正中位置布置抽风管道,管道直径1m,风机抽风口距工作面10m,上下边界处有两个进风口,模型如所示。

  2.2数学模型(1)假设条件根据热工理论基础,可认为巷道里面的空气满足气体状态方程,即:空气密度,kg/m3;R―空气常数,约297/kg;T一空气决定温度,K.其次,将巷道内空气流动的压力视为常数,可得:另外,试验巷道内空气流动为低速流动,可将巷道内的空气当作不可压缩流体看待,即:而且,巷道内的空气温度的变化不大,也就是密度变化不大,则巷道内的风流流动符合Bonssinesq假设,忽略由流体黏性力做功所引起的耗散热,同时假定壁面绝热,等温通风。

  根据假设条件,应用流体力学知识,基于牛顿第二定律,采用不可压缩的Navier-Stokes方程描述流体在采场中的运动规律,Navier-Stokes方程可表示为:力,Pa;p为流体密度,kg/m3;n为动粘系数,Pas;丨为单位矢量;F为流体阻力。

  3通风流场数值模拟根据流场基本假设及现场的实际条件,上下边界的两个进风口设置为速度入口,入口实测平均风速为3m/s;通风管道抽风口处边界为压力边界,出口压力为风机所提供负压,设置为-3.9KPa;其余边界上施加无滑动边界条件,即假设该边界上气体流动速度为0.针对上述模型,网格划分采用非结构化网格,由于抽风口处的风流速度梯度大,为了计算更加精确,对抽风口处进行网格加密,如所示。

  流场网格划分图根据上述的计算模型和边界条件,用COMSOL 3.5a多物理场耦合分析软件对采场通风流场二维流场进行数值计算,用COMSOL3.5a的后处理模块得到采场空间内各处风流速度分布图和采场风流流线分布图时间为9s时采场风流速度分布图时间为50s时采场风流流线分布图从可知,随着时间的推移,采场内各点风流速度增大,在20s左右达到稳定状态。可看出:抽风机能较快抽出污风,增加安全性。风流速度最大点出现在抽风管抽风口附近,速度可达到10m/s左右,管道直径为1m,利用经验公式计算得供风量为600m3/min,与工作面所需风量相吻合。

  从可知,流速分布曲线由抽风口附近向外逐渐变稀,说明离开抽风口后风流速度衰减较快。距抽风口竖直方向15m18m范围内的采场工作面风流速度比较均匀稳定,下转第52页基础及前沿研究bookmark4 0H.采集的数据如。1所示。可以看出输出与调制数字信号基本成正比,证明前面我们的分析是正确的。将输入D4DsD2D1改为周期为7:5:3:1的方波模拟随机信号,采集到的信号如。3所示,可以看出在模拟随机调制的惰况下,波形清晰可辨认,调制速度大概为1.5Hz/s,比特率约为12bit/s.。2局部放大。3随机调制5结语本文讨论了基于Stokes编码原理的相干光通信方案,着重分析了磁光调制在该方案中的原理和实现手段。针对已有磁光调制器的局限性,本文采用了新的方案,使其符合应用要求。分析了磁光调制器传统驱动电路的缺点,在此基础上提出了基于恒流源的数控磁光调制器的方案。该方案采用电磁铁作为励磁线圈,能够产生较强的调制磁场,通过选取合适的工作电流区域,可克服电磁铁的磁滞和饱和效应等不利因素,使调制电流与磁感应强度成简单的线性关系,且采用恒流源驱动的方式,可使得调制速度相对传统驱动电路提高3倍以上。初步。从中可以看出,模拟结果与实测数据基本吻合,风流速度变化趋势和规律基本一致。

  实测与模拟风速对比4结语1)模拟得出风流速度最大点出现在抽风管抽风口附近,速度可达到10m/s左右,通过计算可知模拟工作面风量与现场实际所需风量相近,说明模拟结果较合理。

  实际工程应用中,将相邻两抽风管管口布置在相距30m左右的位置上,可达到最佳通风效果。

  3)通风流场数值模拟结果与现场试验结果具有很好的一致性,表明通风流场数值模拟结果能够用于现场施工作业指导。