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隧道施工局部防尘技术研究

时间:2010-12-21 19:54来源:未知 作者:admin 点击:
北京建筑工程学院 何承福[1],赵静野,王文海 摘要:应用计算流体动力学软件(CFD)fluent对锚喷产尘机理进行了近似模拟,通过定义粉尘颗粒类型、分散度、粒径大小等特性参数,设

北京建筑工程学院 何承福[1],赵静野,王文海

摘要:应用计算流体动力学软件(CFD)fluent对锚喷产尘机理进行了近似模拟,通过定义粉尘颗粒类型、分散度、粒径大小等特性参数,设置一定的初始条件,模拟粉尘喷射过程,取得了一定的研究成果,对优化巷道防尘通风设计具有积极意义。本文提出了一种锚喷施工防尘新设想,设计了新型矿用湿式除尘器,通过吸尘罩将锚喷产生的含尘气流吸收进入除尘器,经除尘器集中净化后排出,实现矿井内的气流循环,简化了矿井通风气流的运动,节省了通风系统投资,同时,除尘器结构简单,运行方便,耗水少,具有重要的实用价值。

关键词:锚喷 通风防尘 湿式除尘 数值模拟 喷雾减尘

Abstract: we utilize the CFD software (fluent) to simulate the mechanism of shtotret dust production. Through defining some characteristic parameters such as particle size, particle types and particle dispersity and setting a serials of initial or boundary condition to approximately simulate the process of shotreting. Obtaining some fruitful achievements which has important significance for optimizing mine ventilation. We have designed an new dust collector which fit to collecting the shotret dust. By means of exhaust hood and dust cleaner make the tunnel air continuously recycling and cleaned. Simplified the air moving and saved the costs of ventilation system. The structure of the collector is simple and the operation of the collector is convenient. And the dust collector consuming fewer water than the general spraying collecting dust way. So it has an important application value.

Key words: anchoring and shotcreting, ventilation for dust prevention, wet dust removal, numerical simulation, high- pressure blowing fog dust removing.

1. 背景及目的
掘进工作面的粉尘防治是粉尘治理领域的热点及难点[1],采掘工作中,人员、设备较多,工序环节较多,粉尘产生多源化。打眼、爆破、采掘机械割煤、装载、卸载、运输、转载、放顶、采空区充填等生产过程均会产生大量粉尘,严重污染空气环境,危害工人身体健康,影响机器寿命。因此,防尘设计是目前隧道施工过程中必须面对的课题[2]。隧道施工过程中,尤其是锚喷施工过程产尘较多,且粉尘湿度大、粒径小,大部分是水泥粉尘。通过研究各种湿式除尘机理,作者提出了一种利用抽气罩将含尘气体收集起来,通过除尘器集中净化的防尘方法。

2. 颗粒运动规律
分析空气中粉尘的颗粒受力情况,运用运动学的观点分析颗粒在风流中的运移及扩散规律,空气中的粉尘颗粒受力主要包括重力、浮力、气动阻力、布朗力、热泳力、saffman升力、附加质量力等[3]。空气中的颗粒粉尘的扩散分为分子扩散和湍流扩散两种方式,其中分子扩散是指由分子作用力引起的扩散,而湍流扩散则是指流体团的紊流运动所引起的扩散。

3. 湿式捕尘机理
液滴与尘粒间的惯性碰撞、截留、布朗运动等作用促进尘粒的增湿和凝结,加速尘粒的沉降。研究气流中液滴与尘粒的运动规律,主要在于分析气流中的液滴捕捉尘粒的机理上。沉积效应、重力效应、拦截作用、惯性碰撞、以及扩散效应是湿式除尘器捕除尘的主要作用方式。其中沉积效应和重力效应与粉尘颗粒本身的密切及大小密切相关,同时与颗粒粒径、密度以及液滴与尘粒的相对速度有关。拦截效应、碰撞效应和扩散效应则与粒径大小息息相关。大颗粒主要依靠重力效应、拦截效应、碰撞效应得以捕捉,而小颗粒主要依靠扩散效应得以捕捉。在湿式除尘器实际运行中,各种作用效果综合叠加,使得湿式捕尘机理非常复杂。

4. 数值模拟
锚喷施工产尘的近似模拟和隧道通风模拟过程,用fluent研究粉尘颗粒的运动通常采用多相流模型和离散相模型,模拟流场特性和粉尘颗粒的运动轨迹。本次模拟选择离散相模型。定义了面流射流源,定义了两类粉尘颗粒流,即大颗粒流和小颗粒流。小颗粒流主要是指粒径在10µm以下的颗粒群,大颗粒是单一粒径的颗粒物,粒径大小为100µm。通过定义不同的气流速度和颗粒质量通量等边界条件,分别模拟了五种不同工况下粉尘的喷射及扩散过程。得到粉尘的浓度大小及分布,为隧道通风及防尘设计提供了理论依据,并总结得出重要结论。锚喷粉尘颗粒的产生及运动规律相当复杂,与喷射物料中粉尘的性质和喷射工艺有关系,空气动力是颗粒运动的主要动力,粉尘浓度分布是颗粒运动的结果。
4.1 建模
隧道锚喷施工粉尘散发运动及通风扩散数值模拟,取施工隧道空间尺寸大小为 的空间区域。里面布置两根圆管,管直径大小分别为50mm和 ,分别搭接于模型空间边界面上,小圆管面作为粉尘发射源,大圆管前段连接一矩形吸风罩,隧道模型前端面为空气进气自由面,设为压力进口边界条件。用gambit软件建模如下: (责任编辑:冲锋)

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