综掘面瓦斯及粉尘气固耦合运移机理与最佳风流场智能调控

基本信息
批准号:51874235
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:龚晓燕
学科分类:
依托单位:西安科技大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:薛河,魏引尚,丁洋,赵宽,吴悦,王帅,崔英浩,张欣怡,崔坚
关键词:
瓦斯及粉尘综掘面运移机理风流场智能调控
结项摘要

With the continuous breakthroughs of cross section size, drilling speed and roadway length of fully mechanized heading face in coal roadway, the traditional extensive control mode of regional ventilation in ‘total air volume’ becomes inadequate to meet the requirements for heading face with higher security level, efficient and environmental protection. In order to establish intelligent adjustment theory of the airflow field which can solve an optimal migration of gas and dust field at fully mechanized heading face. This project combines theoretical analysis and numerical simulation with experimental verification to realize the migration process under the influence among interaction of air, gas and dust then reveal the correlative mechanism and distribution regularity of gas-solid coupling for the air, gas and dust. The air adaptability theory of the optimal migration distribution of air, gas and dust is established after analyzing the link of air state at different positions of air duct outlet and the air, gas and dust. Establishing the forecast and evaluation models, the intelligent decision transfer mechanism and the control rules based on data mining, intelligent decision and intelligent control. Then developing the intelligent control equipment under adjustment and tests in laboratory, besides implementing underground mine installation test and demonstration prototype. The underground demonstration base was set up in Ningtiaota coal mine at Shennan mining company, which provides the theory basis and technology supporting for realizing the intelligent control to optimal airflow field with the‘safe, energy saving and green’ trinity principle in the fully mechanized heading face.

随着煤巷综掘面断面尺寸、掘进速度及巷道长度的不断突破,传统粗放式的“通风总量”局部通风控制方式已不能满足人们对综掘面更加严苛的安全、高效及环保要求。本项目以建立实现综掘面瓦斯及粉尘最佳运移分布的风场智能调控理论为主要目的,拟采用理论研究、数值模拟及实验测试验证相结合手段,研究揭示风流、瓦斯及粉尘相互影响的气固耦合运移机理及分布规律;澄清风筒出风口位置和出风状态与风流场、瓦斯场和粉尘场的关联机制,建立风流、瓦斯及粉尘最佳运移分布的风流适应性理论;利用数据挖掘、智能决策及智能控制等技术,研究建立最佳风流场智能调控的预测评价预报模型、决策调用机制及调控规则,并研制智能调控装置,进行实验室调试实验和井下安装测试;在陕煤集团神南矿业公司柠条塔矿建立井下示范基地,为实现综掘面“安全、节能、绿色”三位一体最佳风流场精细化调控提供理论依据及技术支撑。

项目摘要

针对综掘面传统“通风总量”控制模式下的风流、瓦斯及粉尘运移已不适合目前大断面、长距离及快速掘进下的实际问题,提出了综掘面风场适应性动态调控,优化瓦斯和粉尘最佳运移分布的新思路。研究揭示了风流瓦斯及粉尘气固耦合运移机理和分布规律,建立了风流瓦斯及粉尘最佳运移分布的风流适应性调控规则,并研制了风流调控装置,进行了应用实验测试验证研究,完成的主要研究内容和研究结果如下:(1)分析了风流、瓦斯及粉尘气流组织分布特征及运移数学模型,建立了风流瓦斯和粉尘气固耦合有限元计算模型,进行了数值模拟计算分析,利用实验平台和井下实测,验证了模型准确性,开发出相应参数化程序,揭示了风流瓦斯及粉尘气固耦合的运移机理和分布规律;(2)进行了风流调控下的风速、瓦斯及粉尘场数值模拟分析,得到了出风口风流状态与风流瓦斯及粉尘运移分布规律之间的关联机制,建立了瓦斯和粉尘浓度预测预报模型及风流调控规则获取方法;(3)研发了一套集数值模拟、预测预报以及风流场调控规则获取等功能于一体的集成化软件系统;并研制了基于实验平台的风流智能调控装置和相似模拟实验测试平台进行实验室测试验证分析;研制出机械式风流动态调控装置,在柠条塔矿S1202综掘面进行了安装应用测试示范分析,测试结果表明,数值模拟、实验测试及井下实测风速瓦斯和粉尘浓度运移规律曲线一致,井下实测得出调控后粉尘浓度最高降低了40.8%,司机位置处及回风侧平均粉尘浓度分别降低了33.1%和32.1%。研究成果为实现综掘面“安全、节能、绿色”三位一体最佳风流场精细化调控提供理论依据及技术支撑,具有较高的应用推广前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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