风门开启对通风网络风流非稳定影响的数值模拟分析.pdfVIP

2011年12月 矿 业安全 与环保 第38卷第6期 风门开启对通风网络风流非稳定影响的 数值模拟分析 李志强，王 宁，邹 伟 (中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州221116) 摘 要：基于非稳定通风理论，建立了矿井通风网络风流非稳定流动的一般数学模型，根据该模型 可以模拟出矿井通风系统内非稳定状态下每条巷道任意时刻流过的风量。探讨了如何求解各种常见非 稳定通风影响的问题，分析了基于差分法的非稳定通风模拟算法，并针对某一实际矿井通风系统，定量 分析了该矿井某一主要风门突然开启后，通风网络中风向稳定和不稳定分支的风流随时间的变化规律， 以及惯性系数对风量变化的影响，为矿井通风与瓦斯管理提供科学依据。 关键词：通风网络；数学模型；非稳定模拟；风门开启 中图分类号：TD725 文献标志码：A 文章编号：1008—4495(2011)06—0079—03 风门是矿井通风网络风流的重要控制设施之 推导出机械扰动下矿井风网内风流一维非稳定流动 一 ，其合理的布置和使用管理，直接影响着矿井通风 的数学模型 ；1999年胡卫民在研究矿井可控循环 网络风流的可靠性、稳定性和矿井通风能耗。在煤 通风系统非稳定状态时，建立了分析矿井通风网络 矿生产过程中，受人为因素的影响，风门开启后关闭 非稳定流问题的数学模型，并采用有限差分法求其 不及时，造成通风网络中某些巷道风量不足，风流不 数值解 J。2000年王树刚等通过建立井巷内空气 稳定，有时甚至出现微风、无风、反风的现象，致使瓦 非定常流动能量方程和通风网络中非定常流动的数 斯浓度超限，严重威胁安全生产。笔者通过数值模 学模型，分析了由于进风井提升容器升降、矿车运行 拟，定量分析了主要风门开启后矿井风流随时间的 等扰动源引起的风流脉动时巷道风压和风量的变化 变化情况，模拟出反风分支变化规律以及分析惯性 规律 J。魏建平等利用分析数学的压缩映射原理， 系数对衰减的影响，对制订安全生产、通风管理措施 分析了非稳定风流流动模型数值解收敛的条件_8j。 等具有一定的理论意义。 矿井通风系统是一个具有多个相关因素的系 矿井通风系统中风流的非稳定现象较早就引起 统。矿井正常通风期间，井巷 内的风流压力受地面 了人们的注意。早在 1951年，波兰的Litwiniszyn教 气压变化及井下各种扰动源的影响，空气流动时常 授就利用流体力学理论，建立了通风网络非稳定流 产生脉动。因此，将井下空气流动状态视为非稳定 的基本数学模型_1J。其理论的基本构架至今仍然具 流动，更加符合实际。研究矿井 内空气的非稳定流 有实际意义。 动不仅是对矿井通风理论的完善，更重要的是可以 我国学者对非稳定通风的研究起步较晚。1991 揭示非稳定通风的风流变化规律，对进一步研究由 年刘雪峰分析讨论井巷风压突变时的矿井非稳定通 此带来的瓦斯变化规律具有重要的理论意义。 风过程及其计算方法 j，从理论上分析了胶带输 送机和矿车运行对巷道风阻的影响及变化过程 ； 1 通风网络非稳定风流流动的数学模型 1997年姬长发等从矿井风流流动的基本规律出发， 对于一条长巷道而言，当风流处于紊流状态下， 可以建立一维的非稳定通风运动方程 ： 收稿 日期：2011—04—18；2011—07—05修订