爆破作為一種經(jīng)濟高效的施工技術已廣泛應用于礦山巖石巷道的掘進施工中,但它也會不可避免的產(chǎn)生一定量高濃度的炮煙,其主要成分有CO和NO_x,而CO相較于NO_x性質(zhì)更加穩(wěn)定且對人體傷害巨大,嚴重時可造成人員窒息死亡,并且也會不可避免的影響后續(xù)工作的正常進行,因此研究并掌握爆破后獨頭巷道內(nèi)部炮煙的擴散規(guī)律,無論是對生產(chǎn)企業(yè)還是對人員安全來講都有著極其重要的理論和現(xiàn)實意義。本文在對前人有關掘進爆破空間中炮煙有害成分和炮煙擴散規(guī)律問題研究的基礎上,依托“大斷面硬巖巷道快速掘進技術研究”科研課題,以掘進工作面爆破后生成的炮煙為研究對象,綜合運用理論分析、現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬的方法,通過工程現(xiàn)場實測和幾何建模軟件Workbench及計算流體動力學軟件ANSYS FLUENT,分析了掘進工作面炮煙有害成分的時空演化特征,研究其擴散規(guī)律,通過對以上內(nèi)容的研究,取得如下研究成果:1)討論了現(xiàn)有風量計算方法中存在的不足之處,并應用紊流變形和擴散理論提出了一種新的爆破掘進通風風量計算的公式。2)對于同一巷道斷面,靠近巷道壁面位置處的炮煙濃度峰值到達時間要略遲于其中心軸線... 

【文章來源】：華北科技學院河北省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術路線圖

24爆破掘進獨頭巷道炮煙在擴散過程中遵守組分質(zhì)量守恒定律：()+()+()+()=()+()+()+（3-6）式中：-CO組分質(zhì)量濃度；-CO組分的擴散系數(shù)；-生產(chǎn)率。3.2掘進巷道數(shù)值建模(Numericalmodelingofdrivingroadway)3.2.1幾何建模掘進巷道幾何建模以某礦專用行人巷掘進面為參考建立模型，模型簡化后，利用ANSYSWorkbench建立巷道幾何模型，如圖3-1所示，該掘進巷道最大斷面按矩形巷處理，巷道寬3.5m，巷道高3.2m,長度為120m。掘進面采用壓入式通風方式進行通風，風筒敷設在巷道壁面左側，風筒中心軸線到巷道頂板的距離0.6m。風筒為柔性阻燃膠材質(zhì)，直徑為800mm，風筒出口風量為200~380m3/min，風筒出口到掘進面距離為10m，局部通風機布置在新鮮風流中，距離掘進巷道出口為15m。以靠近掘進面的風筒截面為空氣入口，遠離掘進面的巷道末端截面為空氣出口，整個巷道內(nèi)部設為流體。圖3-1幾何模型示意圖Figure3-1Schematicdiagramofthegeometricmodel3.2.2網(wǎng)格劃分

25結合所要解決的氣體擴散問題，在workbench建模之后，對專用行人巷及風筒采用Tet/Hybird（四面體加六面體、錐體和楔形體單位）網(wǎng)格單元、Tgrid（混合網(wǎng)格）進行網(wǎng)格劃分，單元最小長度為0.25，網(wǎng)格總數(shù)為105820個。網(wǎng)格劃分結束之后，設定邊界條件的類型為后處理器做準備，指定靠近掘進的風筒口為氣體的速度入口（velocity-inlet），遠離掘進面的巷道斷面為氣體出口（outflow），其余默認為壁面邊界（wall）。網(wǎng)格生成結果如圖3-2所示。圖3-2掘進巷道模型網(wǎng)格劃分Figure3-2Meshingofthetunnelmodel3.3FLUENT數(shù)值模擬（FLUENTNumericalsimulation）Workbench建好巷道幾何模型之后，將網(wǎng)格文件導入FLUENT中，在軟件內(nèi)建立符合現(xiàn)場條件的空氣流動的數(shù)學模型，之后進行參數(shù)設置求解。3.3.1求解條件設置將劃分過網(wǎng)格的巷道模型導入到ANSYSFLUENT模擬軟件中隨后進行網(wǎng)格檢查，以避免后期不必要問題的出現(xiàn)，之后要對求解器進行相關的設置，如圖3-3所示，由于掘進面爆破后產(chǎn)生的炮煙可以看作是不可壓縮流體，故求解時采用基于壓力的求解器（PresureBased）。又由于此次模擬的氣體擴散與時間緊密相關，并且是一個瞬態(tài)問題，故選取使用的是非穩(wěn)態(tài)模型（Unsteady）。對于該試驗巷道模型，選擇一階隱式（1st-OrderImplicit）即可滿足其精度要求。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3057105