Please wait a minute...
 首页  期刊介绍 期刊订阅 联系我们 横山亮次奖 百年刊庆
 
最新录用  |  预出版  |  当期目录  |  过刊浏览  |  阅读排行  |  下载排行  |  引用排行  |  横山亮次奖  |  百年刊庆
清华大学学报(自然科学版)  2018, Vol. 58 Issue (10): 872-880    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.046
  土木工程 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
煤层干式钻孔粉尘运动及粒径分布的数值模拟
张福宏1, 陈举师1, 高杨2, 汲银凤1
1. 北京科技大学 土木与资源工程学院, 北京 100083;
2. 中国核电工程有限公司, 北京 100840
Numerical simulation of the dust movement and particle size distribution during dry drilling in a coal seam
ZHANG Fuhong1, CHEN Jushi1, GAO Yang2, JI Yinfeng1
1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;
2. China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100840, China
全文: PDF(15121 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为有效地减轻煤层干式钻孔粉尘污染,改善现有粉尘防治效果,运用SolidWorks联合DesignModeler建模,采用Fluent对煤层干式钻孔粉尘运动进行数值模拟。研究发现:粉尘颗粒自孔底产生后,在环状狭缝射流及钻杆持续转动的双重作用下,向孔口方向高速喷出。随着粉尘颗粒在钻场内不断运动,粉尘扩散速度逐渐降低,粉尘质量流率不断减小,R-R分布指数缓慢增大,粉尘中位径及R-R特征粒径先增大后减小。粉尘质量浓度随时间推移先逐渐增大至最大值,而后围绕该最大值小幅波动;沿程先迅速上升至最大值,而后急剧降低至较小值,再逐步缓慢降低。该研究可为煤层干式钻孔粉尘控制装置结构参数的设定提供指导。
服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
张福宏
陈举师
高杨
汲银凤
关键词 粉尘煤层干式钻孔运动规律粒径分布数值模拟    
Abstract:This paper describes a numerical simulation of the dust movement during dry drilling in a coal seam to reduce dust pollution and improve dust control in a mine. SolidWorks and DesignModeler are used to build the models with Fluent then used to calculate the flow field. The results show that the jet flow from the cyclic slits and the continuous rotation of the drill pipe spew dust particles out from the bottom hole at high speed in the direction of the orifices. As the dust particles move away from the drill, the dust diffusion and mass flow rate gradually decrease. The R-R distribution index increases slowly with the median dust particle diameter and the R-R characteristic size first increasing and then decreasing. The dust concentration gradually increases to a maximum and then fluctuates a small amount around the maximum over time. The dust mass concentration along the seam quickly rose to a maximum, then dropped sharply and then more slowly. The results are then used to determine the structural parameters of dust control equipment during dry drilling in coal seams.
Key wordsdust    dry drilling in coal seams    movement regularities    particle size distribution    numerical simulation
收稿日期: 2018-05-19      出版日期: 2018-10-17
基金资助:国家自然科学基金资助项目(51604018)
通讯作者: 陈举师,讲师,E-mail:chenjushi@163.com     E-mail: chenjushi@163.com
引用本文:   
张福宏, 陈举师, 高杨, 汲银凤. 煤层干式钻孔粉尘运动及粒径分布的数值模拟[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(10): 872-880.
ZHANG Fuhong, CHEN Jushi, GAO Yang, JI Yinfeng. Numerical simulation of the dust movement and particle size distribution during dry drilling in a coal seam. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2018, 58(10): 872-880.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.046  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2018/V58/I10/872
  图1 钻孔尘源处粉尘粒径分布
  图2 粉尘质量浓度分布现场测定
  图3 (网络版彩图)煤层干式钻孔粉尘运动三维几何模型
  图4 (网络版彩图)模型网格划分
  表1 计算模型参数设定
  图5 (网络版彩图)钻场空间流线分布
  图6 (网络版彩图)钻场空间风速体绘制
  图7 (网络版彩图)粉尘颗粒运动轨迹
  图8 不同断面粉尘粒径分布
  图9 不同断面 RGR 分布特征值变化
  图10 (网络版彩图)不同断面粉尘质量浓度随时间变化
  图11 (网络版彩图)钻场空间粉尘质量浓度体绘制
  图12 (网络版彩图)不同断面粉尘质量浓度分布
  图13 数值模拟与现场实测粉尘质量浓度对比
[1] 吴代安. 煤层干式打钻孔口除尘装置研究与设计[D]. 淮南:安徽理工大学, 2010. WU D A. Research and design on dust collector of drilling dry hole at orifice in coal seam[D]. Huainan:Anhui University of Science and Technology, 2010. (in Chinese)
[2] 程亮, 卢义玉, 葛兆龙, 等. 煤层钻孔孔口气-固引射除尘装置设计与实验研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 2015, 23(6):1109-1119. CHENG L, LU Y Y, GE Z L, et al. Design and experimental study of gas-solid ejecting dust removal apparatus used in coal drilling[J]. Journal of Basic Science and Engineering, 2015, 23(6):1109-1119. (in Chinese)
[3] 李栋, 卢义玉, 王洁, 等. 瓦斯抽放孔射流排水排渣方法与实验研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2012, 29(2):283-288. LI D, LU Y Y, WANG J, et al. Method and experimental study on draining water and cinder by jet in gas drainage hole[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2012, 29(2):283-288. (in Chinese)
[4] 王海峰, 李增华, 杨永良. 钻孔风力排渣最小风速及压力损失研究[J]. 煤矿安全, 2005, 36(3):4-6. WANG H F, LI Z H, YANG Y L. Study on lowest wind speed and pressure loss of drilling dust extraction with wind-force for borehole[J]. Safety in Coal Mines, 2005, 36(3):4-6. (in Chinese)
[5] 杨永良, 李增华, 高文举, 等. 煤层钻孔风力排渣模拟实验研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2006, 23(4):415-418. YANG Y L, LI Z H, GAO W J, et al. Simulative experiment of pneumatic slag off for bore holes in coal seams[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2006, 23(4):415-418. (in Chinese)
[6] 王永龙, 翟新献, 孙玉宁. 刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究[J]. 煤炭学报, 2011, 36(2):304-307. WANG Y L, ZHAI X X, SUN Y N. Reasonable parameters study on grooved drill pipe used in drilling outburst coal seam[J]. Journal of China Coal Society, 2011, 36(2):304-307. (in Chinese)
[7] 武帅, 杨胜强. 高压气流引射喷雾降尘除尘技术应用研究[J]. 煤炭工程, 2012(5):64-66. WU S, YANG S Q. Applied study on dust reduction and control technology with high pressure air jet spray[J]. Coal Mine Engineering, 2012(5):64-66. (in Chinese)
[8] 刘晓蕊, 李宝玉. 新型泡沫除尘系统在井下突出软煤层钻孔中的应用[J]. 煤矿机械, 2010, 31(5):198-200. LIU X R, LI B Y. New system of foam dust remove and application when boring hole in outburst soft coat seam[J]. Coal Mine Machinery, 2010, 31(5):198-200. (in Chinese)
[9] 曹化朋. 钻孔口高射吸比水力旋转射流吸除尘的研究[D]. 镇江:江苏大学, 2010. CAO H P. Study on hydraulic rotation jet dust catcher with high ratio of water jet on drilling site[D]. Zhenjiang:Jiangsu University, 2010. (in Chinese)
[10] 陈举师, 姜兰, 蒋仲安. 边坡钻孔作业中粉尘分布及其影响因素的数值模拟[J]. 工程科学学报, 2015, 37(6):685-692. CHEN J S, JIANG L, JIANG Z A. Numerical simulation of dust distribution and influencing factors in slope drilling[J]. Chinese Journal of Engineering, 2015, 37(6):685-692. (in Chinese)
[11] 蒋仲安, 姜兰, 陈举师. 露天矿潜孔打钻粉尘浓度分布规律数值模拟[J]. 深圳大学学报理工版, 2013, 30(3):313-318. JIANG Z A, JIANG L, CHEN J S. Numerical simulation of dust concentration distribution regularities of down-the-hole drilling in open-pit mine[J]. Journal of Shenzhen University (Science and Engineering), 2013, 30(3):313-318. (in Chinese)
[12] 陈举师, 蒋仲安, 谭聪. 岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2015, 47(2):98-103. CHEN J S, JIANG Z A, TAN C. Numerical simulation of dust removal and ventilation system in the rock comprehensive tunneling face[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2015, 47(2):98-103. (in Chinese)
[13] 蒋仲安, 陈举师, 王晶晶, 等. 胶带输送巷道粉尘运动规律的数值模拟[J]. 煤炭学报, 2012, 37(4):659-663. JIANG Z A, CHEN J S, WANG J J, et al. Numerical simulation of dust movement regularities in belt conveyer roadway[J]. Journal of China Coal Society, 2012, 37(4):659-663. (in Chinese)
[14] 陈绍杰, 陈举师, 汲银凤, 等. 煤层注水促抽瓦斯及其影响因素的数值模拟[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2017, 49(11):87-94. CHEN S J, CHEN J S, JI Y F, et al. Numerical simulation of coal seam water infusion promoting methane drainage and its influence factors[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2017, 49(11):87-94. (in Chinese)
[15] 丁旭东. 干式钻进煤尘在巷道中运移及分布规律的研究[D]. 淮南:安徽理工大学, 2012. DING X D. Study of migration and distribution of non-circulation drilling coal dust in roadways[D]. Huainan:Anhui University of Science and Technology, 2012. (in Chinese)
[1] 李玉, 王相钦, 闵敬春. 蛇形管内燃油变物性流动换热特性数值模拟[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2024, 64(2): 337-345.
[2] 石云姣, 赵宁波, 郑洪涛. 进气畸变对重型燃气轮机燃压缸流动特性影响[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2024, 64(1): 90-98.
[3] 李聪健, 高航, 刘奕. 基于数值模拟和机器学习的风场快速重构方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(6): 882-887.
[4] 钟茂华, 胡鹏, 陈俊沣, 程辉航, 吴乐, 魏旋. 顶部多点竖向排烟下地铁隧道烟气控制研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(5): 754-764.
[5] 孙继昊, 罗绍文, 赵宁波, 杨慧玲, 郑洪涛. 甲烷/空气燃烧NOx排放数值模型对比[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(4): 623-632.
[6] 孙逸凡, 朱炜, 吴玉新, 祁海鹰. Gao-Yong湍流模型对边界层转捩的适用性研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(4): 642-648.
[7] 高畅, 李岩军, 余莉, 聂舜臣. 帆片结构张满度变化对环帆伞气动性能的影响[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(3): 322-329.
[8] 陈冠华, 陈雅倩, 周宁, 贾贺, 荣伟, 薛晓鹏. 具有横向运动能力的圆形伞的设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(3): 338-347.
[9] 闫慧慧, 李昊昱, 周伯豪, 张煜洲, 兰旭东. 离心压气机性能影响机理研究及优化[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(10): 1672-1685.
[10] 高群翔, 孙琦, 彭威, 张平, 赵钢. 碘硫循环制氢中硫酸分解的全过程模拟方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(1): 24-32.
[11] 史琳, 许强辉. 稠油注空气开发技术的基础研究与应用[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(4): 722-734.
[12] 何鑫, 薛瑞, 郑星, 张骞, 龚建良. 边界层燃烧在超燃冲压发动机内的摩擦减阻特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(3): 562-572.
[13] 闫慧慧, 周伯豪, 李豪, 张煜洲, 兰旭东. 基于ANSYS的涡轴发动机压气机设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(3): 549-554,580.
[14] 张旨晗, 刘辉, 吕振雷, 侯岩松, 孙立风, 王石, 吴朝霞, 刘亚强. 大动物SPECT系统设计与数值模拟[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(12): 1875-1883.
[15] 韩亚东, 谭磊, 刘亚斌. 基于可控载荷的混流泵叶轮设计及试验研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(12): 1930-1937.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
版权所有 © 《清华大学学报(自然科学版)》编辑部
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 技术支持:support@magtech.com.cn