局部通风掘进工作面瓦斯浓度分布数值模拟

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矿井安全问题种类繁多,其中最为严重的就是瓦斯爆炸与瓦斯突出。掘进工作面采用局部通风机通风,容易形成瓦斯的局部积聚,发生瓦斯爆炸事故。最近几年来,我国煤矿安全状况逐渐好转,百万吨死亡率逐年下降。安全生产情况总体而言相对比较平稳;但是,我国煤矿的安全形势与其他国家相比仍然很严峻。因此,从理论上研究掘进工作面的局部通风与瓦斯分布规律,获得瓦斯积聚危险性分析,可以在早期就辨识瓦斯积聚危险性并及时消除矿井瓦斯灾害事故。本文借助计算流体动力学软件进行模拟,以流体力学及计算流体动力学理论为基础,在矿井局部通风环境下,分析掘进工作面的风流分布规律及瓦斯浓度分布,利用Fluent软件建立物理数学模型,针对模型进行数值模拟,获得工作面速度以及瓦斯分布。应用《煤矿安全规程》所规定的瓦斯指标,在改变送风参数和工作面参数的情况下,对比瓦斯浓度分布。根据模拟结果分析,风筒的送风量对其贴附效应有着较大的影响,风速在增加到v=8m/s时,瓦斯浓度分布均匀,高浓度瓦斯区域较小;风筒直径的改变对有效空间内射流贴附也具有作用,风筒直径在增加到D=600mm时,工作面出口回风瓦斯浓度仅为0.45%且浓度分布均匀;风筒的位置对有限空间内射流的贴附效果影响不大,但是考虑到运输和行人的需要,送风位置适宜取巷道位置约2/3处,结合工程实际,选取风筒中心位置为距离底板h=1.75m;随着工作面宽高比增大至3.2m×2.8m,高瓦斯区域的瓦斯浓度降低,通风效果也更好。本文对于局部通风掘进工作面风流流场的数值模拟,得到了掘进工作面局部通风瓦斯浓度分布规律,为实现矿井瓦斯的有效控制、保证矿井的安全生产提供了重要的前提保障。
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