论文部分内容阅读
我国矿井生产条件复杂多变,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾等事故时有发生,这些灾害严重制约着矿井的安全生产,而通风是防治上述灾害的基本措施之一,作为决定矿井通风阻力的基础参数的沿程阻力系数的确定就显得尤为重要。本文主要从分析矿井巷道内风流流态入手,针对以往研究较少的处于水力光滑向完全紊流转变的过渡区域内井巷风流进行研究,通过大量的仿真模型实验和现场的实际测定,明确了影响矿井沿程阻力系数的主要因素;探寻了矿井巷道紊流不同区域沿程阻力系数分布特征;提出了适用于矿井井巷的完全紊流区域和水力光滑向完全紊流转变的过渡区域的计算模型;并通过理论分析结合考虑矿井内特定支护形式,研究了特定支护巷道影响沿程阻力系数的因素;并根据实测和前人的研究成果建立特定支护形式巷道、回采工作面及附加部分局部阻力的变形巷道的仿真模型,形成了确定矿井巷道沿程阻力系数的方法。论文主要取得了以下进展: (1)通过利用矿井通风仿真模型模拟实验,研究了模拟巷道内风流的流态及紊流的不同区域划分情况,明确了模拟巷道内沿程阻力系数的变化规律。 在矿井通风仿真模型中通过实验数据分析可以将紊流区划分三个区域,在模拟巷道中风流处于水力光滑向完全紊流转变的过渡区域时沿程阻力系数受雷诺数影响较为明显。在模拟巷道内添加了运输轨道,增大了局部阻碍物对风流的影响,故在整个紊流区沿程阻力系数的变化梯度均大于莫迪图上的变化梯度。 (2)通过对凸凹度在50mm左右的矿山平直锚喷或砌碹巷道的现场实验,研究了该类巷道处于水力光滑向完全紊流转变的过渡区域内井巷风流流动过程中阻力系数的变化情况,发现了矿井巷道紊流不同区域沿程阻力系数分布特征。 ①通过矿井巷道的现场实验表明,对该类矿井巷道常见的雷诺数在2.9×105-2.6×106之间变动时,风流基本上均处于紊流区。当雷诺数在2.9×105-1.3×106范围内时,风流处于水力光滑向完全紊流的过渡区域;当其大于1.3×106以后,处于完全紊流区域。 ②整体分布情况类似于莫迪图的变化规律,均出现在紊流的过渡区沿程阻力系数随相对粗糙度的增加而增大,同一相对粗糙度的情况下,沿程阻力系数随Re增大反而下降的情况,与模拟巷道实验结果相同的是其沿程阻力系数λ值明显要大于莫迪图。 (3)根据在矿井井巷内开展实验研究的结果,提出了适用于矿井井巷的完全紊流区域沿程阻力系数的计算模型;并运用多元非线性回归理论,考虑巷道相对粗糙度和雷诺数的综合影响提出了水力光滑向完全紊流转变的过渡区域的确定模型,在此基础上提出了不同雷诺数范围内相对粗糙度和雷诺数两个因素对沿程阻力系数影响程度不同。当雷诺数小于8.0×105时,雷诺数对沿程阻力系数影响比较大,当雷诺数大于8.0×105后,相对粗糙度成为影响矿井沿程阻力系数的主要因素。 (4)对于矿井特定支护巷道实际参数具有模糊性和不完全确定性,引入了神经网络理论,建立了对工字钢支护和木支护巷道包括各种变量参数形成多元的函数逼近效果的仿真模型。对于回采工作面和局部变形的回风巷道,建立分类识别模型可以对模糊信息实现智能化处理。从而形成矿井井巷沿程阻力系数的确定方法,并通过现场实际应用验证了其准确性和实用性。