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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。
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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
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