长独头巷道受控循环通风数学模型研究

论文摘要

长距离独头巷道的通风问题一直是影响矿山施工进度和施工人员安全健康的重要因素,需要迫切解决。长期以来,人们一直认为循环风是有害而无益的,但据国内外部分学者的研究,只要正确控制,循环通风可以用来解决一些离井口较远区域的通风问题。国外部分矿山对循环风的应用已经证明了这一点。因而研究循环通风应用于长独头巷道的通风具有重要的现实意义。本文主要从理论上对循环通风的污染物浓度模型进行了研究。第一种循环通风的数学模型是在前人研究的基础上,通过对紊流状态下,闭路式循环通风和开路式循环通风不同条件下的过程分析,证明了循环通风的可行性。通过对污染物质量的变化建立关系式,得出污染物浓度关于时间变化的数学模型,并对各因素之间的关系建立了趋势图来进行分析说明,得出以下结论：(1)工作面风量随净化效率增大而减小。(2)相同工作风量情况下,净化效率随循环率增大而增大。(3)通风时间随净化效率和循环率的增大而减小。第二种模型是二维数学模型的建立,即受控循环通风污染物浓度不仅随时间变化,而且随二维空间变化的数学模型。这在以往的模型分析中尚无前例。该模型先从气体扩散的微分方程入手,建立扩散浓度模型,并在第一种模型基础上分别对有无宏观主流运动情况下的气体污染物进行了模型的建立,最后对不同的长独头巷道受控循环通风方式分别建立了浓度模型,得出了如下结论：(1)安装方式不同的循环风,对于工作面来说,其作用本质是一致的。(2)对于单一压入式、单一抽出式和单一压出式循环通风,只要满足条件Qr≥4KES/L,压抽混合循环通风满足条件Qr≥4KES/LF时,就完全能保证污染物浓度不断降低,具有加快稀释扩散作用。(3)针对炮烟的长独头巷道循环通风,无论循环系数等于1还是小于1,都会加快炮烟的扩散。第三种模型是以受控循环次数为参数的浓度模型。该模型以爆破后的粉尘为研究对象,考虑了粉尘自净作用对循环通风的影响,并结合了除尘效率和扩散效率来进行浓度分析。得出了粉尘浓度变化模型与循环率、净化效率、扩散效率及自净效率之间成指数变化,且以循环次数为指数。本文题目虽然是关于长独头巷道循环通风模型的研究,但它仅仅是该课题的开始,还需更加深入的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 研究现状及评述
• 1.2.1 循环风研究现状综述
• 1.2.1.1 国外受控循环通风发展现状
• 1.2.1.2 国内受控循环通风发展现状
• 1.2.1.3 我国受控循环通风应用实例
• 1.2.2 长独头巷道循环通风现状评述
• 1.2.3 论文主要研究内容及方法
• 本章小结
• 第二章 受控循环通风理论研究
• 2.1 受控循环通风系统的类型
• 2.2 闭路循环通风过程分析
• 2.3 开路循环通风过程分析
• 2.4 开路循环通风的数学模型分析
• 2.4.1 污染物连续产生（如凿岩）
• 2.4.2 污染物非连续产生（如爆破）
• 本章小结
• 第三章 长独头巷道循环通风的二维数学模型
• 3.1 空气中污染物扩散的微分方程
• 3.2 独头巷道内污染物自然扩散浓度模型
• 3.3 通风动力作用下污染物扩散的微分方程及浓度变化模型
• 3.4 独头巷道循环通风数学模型
• 3.4.1 单一压入式循环通风
• 3.4.2 单一抽出式循环通风
• 3.4.3 单一压出式循环通风
• 3.4.4 压抽混合式循环通风
• 3.4.5 压入压出式混合式循环通风
• 3.5 工作面爆破气体污染物浓度与循环次数的关系模型
• 本章小结
• 第四章 利用自净作用及除尘装置的受控循环通风
• 4.1 工作面爆破粉尘浓度与循环次数的关系模型推导
• 4.2 利用自净作用的循环通风
• 4.2.1 自由沉降机理的自净作用
• 4.2.2 弥散机理的自净作用
• 4.2.3 综合的自净作用
• 4.2.4 循环风对自净效率的影响
• 4.3 综合净化的循环通风
• 4.4 粉尘浓度的曲线图分析
• 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间公开发表的学术论文