独头掘进巷道二氧化氮分布及传感器的部署.pdf

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1、2012年8月中国矿山工程Aug．，2012第41卷第4期ChinaMineEngineeringVo1．41No．4独头掘进巷道二氧化氮分布及传感器的部署Thedistributionofnitrogendioxideintheblindheadingtunnelandthesensorarrangement罗俊，谢承煜，程贵海，蒙少明，汪明(1．广西大学资源与冶金学院，广西南宁530004；2．中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：为了给独头掘进巷道中二氧化氮传感器的科学部署提供可靠的理论依据，用FLUENT软件仿真模拟NO气体在巷道中的流动、分布规律

2、，模拟实验表明：巷道出口附近10—15m处的二氧化氮传感器宜部署在巷道中布置有进风管道一侧的中下部区域，得出的结论可为进一步补充和完善现行同类传感器的安装规范提供理论参考。关键词：独头掘进巷道；二氧化氮传感器；FLUENT软件；仿真模拟Abstract：Toprovidetheoreticalbasisforthescientificarrangementofnitrogendioxidesensor，theFLUENTsoftwarewasusedtosimulatetheflowandthedistributionlawofnitrogendioxide．Accordi

3、ngtothesimulationresult，thesensorplacedin10to15metersfarfromtheoutletofthetunnelshouldbeputinthelowerpartofthetunnelwithairductinthesideofit．Itcanprovidereferenceforperfectingtheinstallationregulationofsimilarsensors．Keywords：blindheadingtunnel；nitrogendioxidesensor；FLUENTsoftware；simulati

4、on1—日—L[IJ一—吾—一随着电子技术、光纤通讯技术等不断发展，监测系统硬件、软件在质量上都能得到很好的保证，依赖于光纤通讯技术的数据远距离传输问题已得到了较好的解决，故目前监测系统前端设备(传感器)的安装部署是否合理已经成为决定监控中心获得的数据是否权威的关键因素之一。目前国内外致力于对煤矿矿井中用来监测瓦斯等伴生气体的瓦斯传感器的具体部署研究比较多⋯，但是对于用来监测独头掘进巷道中钻爆后生成的二氧化氮气体等一类传感器的部署研究比较少，且由于二氧化氮气体有剧毒，通过人工现场实验的方法来确定二氧化氮传感器的部署难度较大，在不同时刻二氧化氮气体的分布情况都可能不同，故进行

5、人工实验时，在时空上都难以作出合理的选择。本文将应用计算流体FLUENT软件对独头掘进巷道中二氧化氮有毒气体在空间的流动、变化规律进行可视化仿真模拟，找出二氧化氮气体在巷道中随时间而流动变化的规律和分布存在状态，最终为二氧化氮传感器在独头掘进巷道中优化部署提供科学的理论依据，具有一定的理论和现实意义。2主控制方程选择在其主控方程确定之前，必须要对气体对象做一些中国矿山工程2012年(第41卷)假设。①井下所有气流都视为不可压缩的流体，可其进行合理简化后，以、y、z为坐标轴，以巷道出以忽视由气体黏性作用力做功而引起的耗散热，且口处为原点所在位置，建立三维巷道模型空间，取巷不考

6、虑浮力对气体的影响，并假定壁面处于绝热以道断面为二分之一拱形结构，具体尺寸为：巷道断面及等温通风状态。②流体(气体)的涡流黏性具有各净宽为2．5m，起拱高为1．8m，拱半径为1．25m，巷道向同性的特点，涡流黏性系数作为标量处理。③流长为200m，通风风筒直径为500mm，风筒出口位置体(气体)流动为稳态涡流，满足Boussinesq的假设。离掘进工作断面的距离根据其与工作面的距离不应描述矿井中气体流动过程以及二氧化氮等气体大于压入式通风有效射程公式厶=(4～5)s的原则的分布状态及扩散现象的微分方程主要包括连续微来计算确定，通过计算为10～14m，取值为lOre。风分方程

7、、动量微分方程、紊流能量方程以及气体组分管布置在巷道一侧1．6m高的位置处，并将三维巷道方程。将选取标准的k—s两方程标准模型来模拟模型划分为24158个网格，模型的计算区域即为巷气体的系列流动规律现象，在满足了上述假设的前道之内、风管之外气流空间部分，巷道截面上圆形空提下，基本的控制方程即为雷诺方程，k—两方程洞部分即表示进风管断面面积，进风管之中的流动标准模型方程如下1：不作为研究范畴，巷道结构见图1所示。：0dx，／du；进挠—一+@oj(yOft；一一u—iuj)掘进方向—’]I—竹dk面l咱=毒簧]+G—