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局部通风条件下CO扩散数值流场规律研究

作　者: 徐丹
导　师: 戴晓江
学　校: 昆明理工大学
专　业: 安全工程
关键词: 局部通风数值模拟实验 CFD软件 CO变送器现场监测
分类号: TD721
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在金属非金属地下矿山较大以上事故中,因火灾和炮烟引起的中毒窒息事故所占比例超过40%,事故起数和死亡人数均位于地下矿山各类事故之首。在这类事故中,有相当一部分是因局部通风不良所致。局部通风效果不良的原因,主要是抽出式局部通风的有效吸程较短,出于保护风筒不被爆破飞石破坏的需要,一般在掘进中风筒口到工作面的距离都会大于有效吸程。因此,需要研究在不满足有效吸程条件下提高局部通风效果的方法。结合实际情况及前人的研究成果,本文采用了现场实测试验与模拟试验相结合的研究方法。即用CFD软件建立局部通风数值模拟模型,现场实测与模型模拟结果进行对比验证,然后利用模型进行多个方案、多次重复的试验,获得了丰富的试验数据,为改善抽出式局部通风效果的可能方案提供了依据。为此,在本课题研究中自行设计并制作了基于STC12C5608AD单片机的CO监测系统,并编写了单片机程序及上位机软件程序。制定并实施了局部通风现场实验方案。在云锡老厂1800运输巷新掘甩车场的独头掘进工作面,对爆破后CO浓度变化进行了实时监测。根据现场测量的巷道参数,在CFD前处理软件中对巷道进行建模并划分网格。将划分好的网格导入CFD软件中设置参数及边界条件,建立了“局部通风条件下CO扩散的三维湍流模型”。将CFD模型模拟的结果与现场监测的结果进行对比,验证了所建模型的可靠性和有效性。利用所建模型,通过改变模拟试验的通风方式、巷道断面积、风速、风筒直径和风筒到工作面距离等参数,进行了多方案模拟试验,得到不同模拟参数对局部通风效果的影响以及参数改变对“有效吸程”的影响。研究结果表明,理论研究得出的“循环涡流区’和“有效通风距离”在现实中存在；同时验证了计算“有效射程”和“有效吸程”的经验公式,提出了类似条件下对经验公式使用和修正的建议；在“有效射程”和“有效吸程”无法满足的情况下,可以通过增大风筒口风速、增加风筒直径和延长通风时间等方式加速“循环涡流区”内的有毒气体和炮烟的排除。本课题研制的、基于单片机的CO监测系统,通过更换其他种类的传感器,可用于其他矿井通风参数的监测,对地下矿山通风监测实现智能化有实际意义。本文经过现场和模拟试验获得的研究结果及建议,对改善局部通风效果,减少井下通风不良导致的事故,具有一定指导意义。

局部通风条件下CO扩散数值流场规律研究

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