井巷柔性材料风帘组的阻风性能试验研究

论文摘要

一直以来,采矿业作为能源生产的基础工业,在社会发展的进程中,占有非常重要的地位。矿井通风系统是矿山生产八大系统之一,建立完善的矿井通风系统是保障井下安全生产的重要措施。矿井通风构筑物,在矿井通风系统中,是一种用于调控风流、使风流按生产需要的路线流动的设施。风门作为矿井通风系统中的重要通风构筑物之一,它在巷道中,特别是矿车行人频繁通过的巷道中的合理安设和近本质安全的实现,对保证矿山通风系统的正常工作,确保矿山安全生产工作的顺利进行具有重要意义。本论文针对国内外风门的研究动态和现状,提出井巷柔性材料风帘组概念。井巷柔性材料风帘组由于其自身的柔性结构,可以在控制系统失效,风帘组不能正常开启时也能让矿内运输设备和行人顺利通过,解决刚性材料风门在相同情况下可能造成的运输设备撞击风门事故和风门误掩运输设备和行人事故。用井巷柔性材料风帘组替代目前常用的风门,可使隔断风流的通风构筑物在一定程度上更接近本质安全。为验证井巷柔性材料风帘组的设计能否实现近似风门的作用,满足对风流的控制需求,本论文根据矿井风流的相关理论知识,设计井巷柔性材料风帘组的阻风性能试验,构建井巷柔性材料风帘组模型试验系统。试验通过测量设置柔性材料风帘组后巷道内的平均风速和柔性材料风帘组前后断面的全压差,来求得巷道内柔性材料风帘组的漏风率及通风阻力,从而实现对井巷柔性材料风帘组的阻风性能的试验研究。本文通过试验所得的相关数据,分析研究了柔性材料风帘组的阻风性能受风流自身能量、材料自身性质的相关参数(质量或密度、表面粗糙度、刚性等)、风帘结构(风帘分页数等)和风帘组结构(风帘层数、层间距、复合风帘组数、组问距等)等因素的影响,得出相关的定性结论。试验验证了井巷柔性材料风帘组对巷道风流可以起到对风流增阻和隔断风流的调控作用。相信在进一步深入研究之后,这种既能满足风流控制要求又能消除发生撞击事故造成人员伤害和经济损失的安全隐患的井巷柔性材料风帘组,可以作为良好的通风构筑物,有望广泛应用于实际的矿山生产中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外对风门的研究动态及现状
• 1.3 本课题研究的内容和意义
• 1.3.1 井巷柔性材料风帘组概念的提出
• 1.3.2 课题研究的内容
• 1.3.3 课题研究的意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 柔性材料风帘组的阻风性能理论基础
• 2.1 矿内风流运动理论基础
• 2.1.1 矿内井巷风流的运动状态
• 2.1.2 矿内井巷的风速和风量
• 2.2 矿井风流压力
• 2.2.1 风流的点压力
• 2.2.2 矿井通风压力
• 2.3 井巷通风阻力
• 2.3.1 摩擦阻力
• 2.3.2 局部阻力
• 2.3.3 正面阻力
• 2.4 矿井风流调控
• 2.4.1 引射风流
• 2.4.2 对风流增阻
• 2.4.3 隔断风流
• 2.5 柔性体与流体的耦合运动
• 2.5.1 单个柔性体在均匀来流中的耦合运动
• 2.5.2 两相同柔性体并行排列的耦合运动
• 2.5.3 柔性体其他的耦合运动
• 2.6 柔性材料风帘组的阻风性能预分析
• 2.6.1 柔性材料风帘组的通风阻力
• 2.6.2 柔性材料风帘组的风流调控
• 2.6.3 柔性材料风帘组在风流中的耦合运动
• 2.6.4 柔性材料风帘组的阻风性能主要影响因素
• 2.7 本章小结
• 第三章 柔性材料风帘组阻风性能试验方案设计
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验条件和方法
• 3.3 试验原理
• 3.3.1 通风阻力
• 3.3.2 漏风率
• 3.4 试验系统的构成
• 3.4.1 通风巷道模型
• 3.4.2 柔性材料风帘模型
• 3.4.3 供风装置
• 3.4.4 测量工具及测量方法
• 3.5 主体试验方案设计
• 3.5.1 初始风速和初始压差
• 3.5.2 试验组确定
• 3.5.3 试验数据记录及数据处理
• 3.6 试验步骤
• 3.7 本章小结
• 第四章 柔性材料风帘组阻风性能试验结果及分析
• 4.1 初始风速和初始通风阻力
• 4.2 柔性材料风帘组材料相关参数对阻风性能的影响
• 4.2.1 风帘质量对阻风性能的影响
• 4.2.2 风帘表面粗糙度对阻风性能的影响
• 4.2.3 风帘刚性对阻风性能的影响
• 4.3 柔性材料风帘组结构对阻风性能的影响
• 4.3.1 风帘页数对阻风性能的影响
• 4.3.2 风帘组内风帘层数对阻风性能的影响
• 4.3.3 风帘组内风帘层间距对阻风性能的影响
• 4.3.4 两组相同风帘组复合时组间距对阻风性能的影响
• 4.3.5 多组相同风帘组复合时组数对阻风性能的影响
• 4.3.6 相同总长度及层数的不同复合风帘组对阻风性能的影响
• 4.4 其他结果分析
• 4.4.1 隔断风流的通风阻力
• 4.4.2 风帘混沌扰动对阻风性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究展望
• 5.3 井巷柔性材料风帘组的实际应用前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 部分试验原始数据记录表
• 附录B 攻读硕士期间取得的科技成果目录