（采矿工程专业论文）扁平硐室型采场通风速度场和浓度场的数值试验.pdf

广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 字他 学位论文使用授权说明 加f ，o 年 月力e l 7 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 各遂翩躲 薛6 月矽日 扁平硐室型采场通风速度场和浓度场的数值试验 摘要 金属矿地下开采中，爆破炮烟是井下作业场所的主要污染源，开展研 究扁平硐室型采场爆破炮烟的运动规律，对工作面进行有效和经济地通风， 迅速降低工作面炮烟浓度，保障井下作业人员的生命安全和身体健康是十 分重要的。 针对影响采场通风的多种因素，分别对具有单条进、回风巷道和两条 进、回风巷道的采场速度场和浓度场进行数值试验。 由数值试验得出，采场内主风流区炮烟浓度下降迅速，回流区的炮烟 依靠循环流动带到主风流后再排出采场，炮烟排除困难。采场中高度越高 的剖面，炮烟排除越困难。 单条进、回风巷道采场，通过考察进回风巷道布置形式、进风速度、硐 室尺寸、初始炮烟浓度、通风时间等因素对速度场和浓度场的影响，得出， 进、回风巷道布置在采场中间时，炮烟排除较快，进、回风巷道布置在采 场同侧或不同侧时，炮烟排除困难；当进、回风巷道布置在采场中间时， 炮烟浓度与通风时间呈负指数关系，通风3 0 分钟时的炮烟浓度与进风速度 呈负指数关系，与初始炮烟浓度线性相关，与硐室宽度呈指数关系。 两条进、回风巷道采场，开始通风时，采场内风流不稳定，当风流稳定 后，风流进入采场，两条主风流相互靠近后又分开，采场主风流区域较大， 对排烟有利。 最后，将数值试验结果和物理模型试验结果进行对比分析，得出数值 试验结果与模型试验结果吻合较好。 关键词：扁平硐室型采场通风速度场浓度场数值试验 n n u m e r i c a lt e s t so nv e n t i l a t i n gf l o wf i e l da n dc o n c e n t r a t i o n f i e l di nt h ef l a tr o o m - s h a p es t o p e s a b s t r a c t i nm e t a l l i cu n d e r g r o u n dm i n e s ，b l a s t i n gd u s ti st h em a i np o l l u t i o ns o u r c e t ov e n t i l a t e e f f e c t i v e l ya n de c o n o m i c a l l ya n dr e d u c et h e c o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s tr a p i d l y , a n de n s u r et h es a f e t ya n dh e a l t ho fw o r k e r s ，s t u d y i n gt h e m o v e m e n tl a wo f b l a s t i n gd u s ti nt h ef l a tr o o m - s h a p es t o p e si sv e r yi m p o r t a n t a c c o r d i n g t os e v e r a lf a c t o r so f a f f e c t i n gv e n t i l a t i o ni nt h es t o p e s ，f l o wf i e l d a n dc o n c e n t r a t i o nf i e l da r es t u d i e dt h r o u g hn u m e r i c a lt e s t sf o rs t o p e sw i t ho n e i n l e ta n do u t l e to fa i rf l o wa n dt w oi n l e t sa n do u t l e t so fa i rf l o w t h en u m e r i c a lt e s t si n d i c a t et h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ti nm a i n a i rf l o wi sr e d u c e dr a p i d l y , a n db l a s t i n gd u s ti nc i r c u m f l u e n c ei st a k e nt om a i n a i rf l o wb yc i r c u l a t i o nf l o w ，t h e ni sr e m o v e df r o ms t o p e ，s ot h ec o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ti sr e d u c e dd i f f i c u l t l y t h ep l a n ei sh i g h e ri nt h es t o p e ，b l a s t i n gd u s t i sr e m o v e dm o r e d i f f i c u l t l y f o rt h es t o p ew i t t lo n ei n l e ta n do u t l e to fa i rf l o w ，t h r o u g ht h er e s e a r c ho f e f f e c to fa r r a n g e m e n tf o r mo fi n l e ta n do u t l e t ，v e n t i l a t i n gv e l o c i t y , r o o ms i z e ， i n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s t ，a n dv e n t i l a t i n gt i m et of l o wf i e l da n d c o n c e n t r a t i o nf i e l d ，i ti n d i c a t e st h a tb l a s t i n gd u s ti sr e m o v e dq u i c k l yw h e ni n l e t a n do u t l e to fa i rf l o wf i r ei nt h em i d d l eo fs t o p e ，a n db l a s t i n gd u s ti sr e m o v e d i i i d i f f i c u l t l yw h e ni n l e ta n do u t l e to fa i rf l o w t i t lei nt h es a m es i d ea n dn o ti nt h e s a m es i d eo fs t o p e w h e ni n l e ta n do u t l e to fa i rf l o wa r ei nt h em i d d l eo f s t o p e ， t h ec o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s tf o l l o w st h el a wo fn e g a t i v ee x p o n e n tw i t l l v e n t i l a t i n gt i m e w h e nv e n t i l a t i n gt i m ei s3 0m i n u t e s ，t h ec o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s tf o l l o w st h el a wo fn e g a t i v ee x p o n e n t 、析廿1v e n t i l a t i n gv e l o c i t y , l i n e a r i t yw i t hi n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s t ，a n de x p o n e n tw i t hr o o m w i d t h f o rt h es t o p ew i t ht w oi n l e t sa n do u t l e t so fa i rf l o w , a i rf l o wi sn o ts t e a d y w h e nv e n t i l a t i o ni sb e g u n w h e na i rf l o wi s s t e a d y ，t w om a i na i rf l o w sa r e c l o s e d ，a n dt h e na p a r ta f t e ra i rf l o we n t e r si n t os t o p e t h ea r e ao fm a i na i rf l o w i sl a r g e ，w h i c hi sh e l p f u lt or e m o v e b l a s t i n gd u s t i nc o n c l u s i o n ，t h er e s u l to fn u m e r i c a lt e s ti sa n a l y z e dc o m b i n e dw i t hr e s u l t o fp h r s i c a lm o d e lt e s t ，a n di n d i c a t e st h a tt h er e s u l to fn u m e r i c a lt e s ti sq u i e t m a t c h e dw i t ht h er e s u l to fp h y s i c a lm o d e lt e s t k e yw o r d s ：f l a tr o o m - s h a p es t o p e s ；v e n t i l a t i o n ；f l o wf i e l d ； c o n c e n t r a t i o nf i e l d ；n u m e r i c a lt e s t i v 目录 摘要孽i a b s t r a c t i i i 第一章绪论l 1 1 概述1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究的意义。2 1 2 硐室型采场爆破后通风国内外研究现状2 1 2 1 硐室型采场爆破后通风国外研究现状2 1 2 2 硐室型采场爆破后通风国内研究现状3 1 3 硐室型采场爆破后通风研究存在的问题和发展趋势4 1 3 论文的研究内容及研究方法6 1 3 1 研究内容一6 1 3 2 研究方法6 1 4 井下通风规定7 第二章扁平硐室型采场通风过程的数值模型一8 2 1 计算流体动力学( c f d ) 的简介8 2 2 扁平硐室型采场通风过程数值模型的建立8 2 2 1 物理模型8 2 2 2 数学模型。9 2 2 3 数值试验几何模型1 0 2 2 4 边界条件。1 1 2 4 本章小结1 2 第三章单条进、回风巷道采场1 3 通风速度场和浓度场数值试验一1 3 3 1 数值试验参数确定1 3 3 2 采场速度场试验13 3 2 1 迸、回风巷道布置在采场中间的速度场1 3 v 3 2 2 进、回风巷道布置在采场同侧的速度场1 6 3 2 3 迸、回风巷道布置在采场不同侧的速度场1 8 3 2 4 三种进、回风巷道布置形式的采场速度场比较2 0 3 3 采场进、回风巷道布置形式变化的浓度场数值试验2 0 3 3 1 进、回风巷道布置在采场中间的浓度场2 0 3 3 2 进、回风巷道布置在采场同侧的浓度场2 4 3 3 3 进、回风巷道布置在采场不同侧的浓度场2 7 3 3 4 三种进、回风巷道布置形式的采场对炮烟排除的影响比较2 9 3 4 通风时间变化的数值试验3 0 3 4 1 试验结果和分析。3 0 3 4 2 炮烟浓度与通风时间的回归分析3 6 3 5 进风速度变化的数值试验3 6 3 5 1 试验过程和数据3 6 3 5 2 试验数据回归分析3 8 3 6 初始炮烟浓度变化的数值试验3 9 3 6 1 试验过程和数据3 9 3 6 2 试验数据回归分析4 l 3 7 硐室几何尺寸变化的数值试验4 2 3 7 1 试验过程和数据4 2 3 7 2 试验数据回归分析一4 4 3 8 数值试验结果分析4 5 第四章二条进、回风巷道采场4 7 通风速度场和浓度场数值试验4 7 4 1 数值试验参数确定4 7 4 2 数值试验结果及分析4 7 4 2 1 采场速度场4 7 4 2 2 采场浓度场5 0 4 3 本章小结5 3 第五章实例验证5 4 5 1 物理模型及试验结果5 4 5 2 数值试验5 5 5 2 1 数值试验参数确定5 5 5 2 2 数值试验结果及分析5 5 5 3 对比分析6 0 5 4 本章小结6 0 第六章结论。6 l 参考文献6 3 致谢6 6 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录6 7 v 扁平硐，皤芝爿臼而通风速度场和浓度场的数值试验 第一章绪论 1 1 概述 1 1 1 研究背景 金属矿产资源是人类赖以生存和发展的基础。据统计，我国9 5 的能源和8 0 的 工业原料来自于矿产资源，其中金属矿产资源占有非常重要的地位【旧。随着科技的发展 与进步，采矿技术有了新的突破，促使采矿业得以迅速发展，我国矿产资源的开发利用 已取得了巨大的经济效益与社会效益，并成为世界上的矿业大国。随着国民经济的快速 发展和国家对矿产资源需求的日益增大，矿产资源的储备量已明显不足，许多露天矿山 由于开采深度的不断增加而转入地下开采，使得地下开采在矿业中占据越来越重要的位 置。 然而，随着采矿业的迅速发展，各种污染物也显著增加。在金属矿地下开采过程中， 必须采用爆破作业，而产生大量的粉尘和炮烟，严重恶化了井下生产环境，危害井下工 人的身体健康和生命安全，影响井下安全生产。在地下开采中，硐室型采场的几何条件 不规则，作业地点不断变化，污染物分布情况尤其复杂。因此，针对矿山地下开采过程 中出现的大量爆破污染物，采取有效的措施进行防治是十分必要的。 爆破产生大量的炮烟和粉尘，而炮烟中主要有毒有害气体是c o 和n o x ，其中，c o 极易与人体血液中血红素相结合，极大降低了血红素吸收氧的能力，使人体各部分组织 和细胞产生缺氧现象，抢救不及时就会中毒死亡；炸药爆炸可产生大量的一氧化氮和二 氧化氮，其中一氧化氮极不稳定，遇到空气中的氧转化为二氧化氮，而二氧化氮具有强 烈窒息性，易溶于水生成硝酸，严重腐蚀人的眼、鼻、呼吸道，并破坏肺部组织，引起 肺水肿【3 】；爆破产生的大量粉尘，恶化井下生产环境，加剧机械设备磨损，危害井下工 人的身体健康，引发职业病，其中最严重的是尘肺病。另外，爆破产生的有毒有害气体 会吸附在粉尘颗粒表面，加强爆破粉尘对人体健康的危害。而高浓度爆破炮烟还可造成 因炮烟中毒而死亡的事故。 根据大冶铁矿爆破现场的实测数据，i t 炸药爆破后产生5 4 2 k g 的粉尘。在一个地下 年产5 0 万吨矿石的矿山，每年消耗炸药2 2 5 t ，因此地下采场每年因爆破产生的粉尘和 j r 西大胄瞻页士掌位簧譬扁平硐，曙芝暑u 芳通风速度场和浓后口而的教值试验 有害炮烟量很大。按照经验计算，如果i t 炸药产生大约5 0 0 k g 的有毒气体，则每年因爆 破产生的有毒气体( 折合成c o 气体) 可达9 0 0 0 0 m 3 。因此，在地下开采中，为了保证 生产顺利进行，对粉尘和有毒有害气体进行控制是十分重要的【4 ，5 1 。 1 1 2 研究的意义 金属非金属矿山安全规程( 以下简称安全规程) 规定：矿内空气中一氧化碳 浓度，按体积浓度不得超过0 0 0 2 4 ，l l l ：1 2 4 p p m ；氮的氧化物浓度不得超过2 5 p p m 。对 爆破产生的高浓度炮烟，通常采用机械通风进行处理网。在通风过程中，通风的时间、 风量的大小等都是不确定的因素，目前国庆j j l - 对这方面的研究不多，没有形成成熟的设 计和计算理论，可以借鉴的成熟经验少。现实生产中，往往由于通风设计不当，采场爆 破后不能及时排除炮烟，达到安全规程要求的炮烟浓度值所需通风时间过长，影响 矿山劳动生产率和经济效益，或者由于通风时间过短，炮烟浓度高于安全规程规定 的浓度，进入采场工作后发生炮烟中毒事件。 经济而又有效的对工作面进行通风，创造良好的工作环境，保障矿工生命安全和身 体健康，提高劳动生产率是矿井通风的主要目的。因此，全面系统地开展采场通风过程 中炮烟运动规律的研究，对搞好采场通风、提高矿山劳动生产率和保证矿山安全生产具 有重要的理论和现实意义。 1 2 硐室型采场爆破后通风国内外研究现状 爆破产物由固相和气相构成。其中，固相主要指爆破生成的粉尘、未参与反应的炸 药颗粒、爆破反应生成的液滴以及和固体颗粒有相同运动规律的颗粒团；气相则是爆破 生成的炮烟以及和气体有相同行为过程的气溶胶 7 1 。炸药在井下爆炸后，产生大量的有 毒有害气体，主要成分为一氧化碳和氮氧化合物。 矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此安全规程对井 下常见有害气体的安全标准做了明确的规定。大多数爆破后的有毒产物扩散到含尘气雾 中，扩散距离为8 1 2 k i n 甚至更远；另外有3 0 左右的有毒气体还将缓慢地从爆堆中逸 散出来。此外，当c o 浓度为时，逸散时间为6 1 0 d x 时；当n o x 浓度为0 0 2 - 4 ) 0 3 时，逸散时间为2 3 小时【g 】。 1 2 1 硐室型采场爆破后通风国外研究现状 2 0 世纪前半叶，以斯科钦斯基为首的前苏联学者，对矿内风流结构、井巷通风阻力、 炮烟排出过程和矿井通风设计计算方法等进行了系统的研究【3 】。2 0 世纪3 0 年代，前苏 2 扁平硐室型暑u 而通风嗣缓期卵p 浓度场的数值试验 联卡尔马夫、斯科钦斯基和克谢诺芬托娃等人对独头巷道中的炮烟流动进行了研究。4 0 年代初，这些研究取得了进一步发展，得出了独头巷道通风稀释炮烟所需风量的计算公 式，即克谢诺芬托娃和沃洛宁公式。沃洛宁首先用空气动力学的观点，从本质上对独头 巷道的通风过程进行了明确的描述，为并下炮烟流动奠定了基础【9 l o l 。 2 0 世纪6 0 年代初，国外开始用紊流扩散理论探讨井下污染物迁移这一课题。其中， 具有代表性的为沃洛宁的硐室通风理论。沃洛宁认为硐室中存在二次诱导射流，硐室采 场中有毒气体和粉尘的排出和稀释过程主要借助于紊流射流的紊流扩散作用，紊流射流 在发展过程中具有强烈的横向运动，致使在射流体的边缘横向运动的气体微团与硐室空 间中气体相掺混，二次诱导射流使硐室中的污浊气体流入射流体中，发生强烈的质量交 换，他认为这是硐室中紊流扩散作用的主要机制。为了排除硐室中的有毒气体，沃洛宁 提出了硐室通风量的计算公式，式中引入了一个重要的参数紊流扩散系数。沃洛宁对 紊流射流气体浓度分布规律进行了实验研究，并总结其基本结论【1 l - b 】。 此外，一些学者也对井巷污染物质传质过程进行了研究，建立了不考虑污染物对风 流影响条件下的数学模型，得出了纵向弥散系数和横向弥散系数的理论表达式【1 4 1 。 1 2 2 硐室型采场爆破后通风国内研究现状 1 9 5 9 年，我国学者关绍宗、汪泰葵和侯运广教授主编了我国第一部矿山通风与安全 教材，推动了矿山通风与安全技术的教学和科学研究工作的发展【l5 1 。上世纪5 0 年代后， 我国学者建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为改善作业面通 风方法和风量计算方法提供了理论依据【1 6 1 。 2 0 世纪8 0 年代初，东北大学的王英敏等对扁平硐室型采场爆破后炮烟排除过程和 风量计算方法进行了研究。通过实验证明，采场爆破后，在通风初期，当主风流穿过整 个硐室后，该区的炮烟已基本上排出硐室，在之后较长时间的通风过程中，主风流区的 炮烟浓度主要取决于循环风流由回流区带入的炮烟量；通过理论分析，由硐室通风过程 基本方程式和紊流扩散系数分别得到扁平硐室型采场风量计算的基本公式和紊流传质 系数。 东北大学通风试验室对扁平硐室中的炮烟排出过程进行了试验研究。试验中，通过 测定各不同通风区炮烟浓度的变化规律后发现，主风流区的炮烟浓度随通风时间增加而 迅速下降，回流区的炮烟浓度下降较慢，且靠近入风侧的隅角地带，炮烟浓度下降最慢， 通风最困难；试验还对硐室内同一地点在不同供风量情况下的炮烟浓度变化规律进行了 研究；试验结论为硐室型采场爆破后通风风量计算和改善通风方法提供了理论依据【l l 】。 3 广西j 掣学顾士聋目立铽扁平硐室型爿u 芳通风速度场和浓度场的数值试验 一些国内学者计算了因爆堆释放有毒气体需要加强爆区通风而导致的采矿设备和 运输设备不能作业的时间，并研究了通过向爆堆洒水和添加化学添加剂来降尘和脱气的 方法，并得出使用该方法的去除率和所需时间【1 7 1 。 8 0 年代后期，有学者提出地下硐室通风具有收容效应，即认为，地下硐室产生有毒 有害气体后，当通风足够长时间后，硐室中有毒有害气体的浓度由进入硐室的已受轻度 污染的新鲜风流中有毒有害气体浓度c l 与硐室的紊流扩散系数k ( o ，血，所求回归方程满足要求。试验 表明，采场爆破通风后任意时刻的炮烟浓度与通风时间成负指数函数关系，回归方程为 c = 0 0 0 7 7 e - o 嘁。 3 5 进风速度变化的数值试验 3 5 1 试验过程和数据 为了考察采场爆破后通风过程中通风量变化对炮烟排除的影响，现改变采场通风 量，即改变采场进风速度，通过c f d 数值试验得到通风3 0 分钟后不同进风速度情况下 采场的浓度场，图3 5 0 3 5 3 分别为通风速度o 1 5 m s 、1 0 m s 、2 0 m s 、3 0 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场，进风速度0 5 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场如图3 1 9 。根据数值试验得到 3 6 炮烟浓度 扁珥q 嗣室型爿u 矛通风速度场和浓度场的数值试验 不同通风速度时z = 1 6 m 剖面排烟最困难点的炮烟浓度，如表3 2 。根据试验数据，绘制 出炮烟浓度随通风速度变化的规律图，如图3 5 4 所示。 图3 5 0 通风速度0 1 5 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场 f i g 3 - 5 0c o n c e n t r a t i o nf i e l di n z = 1 6 mp l a n e ( v e n t i l a t i o nv e l o c i t y = o 1 5 m s ) l 图3 5 l 通风速度1 0 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场 f i g 3 5 1c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( v e n t i l a t i o nv e l o e i t y = 1 o r e s ) l 图3 5 2 通风速度2 0 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场 f i g 3 - 5 2c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( v e n t i l a t i o nv e l o c i t y = 2 o m s ) 3 7 嚣罴黧蒜篡篡黧黑芸=一 2 2 2 2 2 1，t，9 7 e 5 3 2 1 口 黧羞黧=蚤嚣麓 5 5 4 l 暑；3 2 2 2 z t ，7 5 2 0 裟戮篡篓罴慧篡篡篡麓一 叠0 0 7 7 e 6 5 5 5 t 墨3 2 2 t i 孰t 臣 广西大掌习旺b 胄q 立论文扁平硐室型采场通风速度场和浓度场的数值试验 l 图3 5 3 通风速度3 0 m s 时z = 1 6 m 剖面的浓度场 f i g 3 5 3c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( v e n t i l a t i o nv e l o c i t y = 3 o r e s ) 表3 - 2 随通风速度变化的炮烟浓度 t a b l e3 - 2t h er e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ta n dv e n t i l a t i o nv e l o c i t y 0 0 0 2 5 0 0 0 2 0 遁风运度m i 图3 5 4 炮烟浓度随通风速度的变化 f i g 3 - 5 4r e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s ta n dv e n t i l a t i o nv e l o c i t y 3 5 2 试验数据回归分析 从图3 。5 4 中可以看出，炮烟浓度与通风速度呈非线性关系，将表3 2 中的试验数据 进行回归分析，求出炮烟浓度与通风速度之间的回归方程。由于回归方程为非线性，可 通过适当的线性变换，转化为线性回归问题。在图3 5 4 中，根据曲线的特点，回归方 程按负指数函数变化，即c = a e _ 6 ，式中：a 、b 为回归系数，1 ，为通风速度，c 为采场 3 8 麓竺慧黧鬻=竺篡篡黧一 爨如一醴愿缫隧豳 5 1 5 啪 吼 | 量 0 0 仅 炮烟浓度 广西大学訇n b 学位论文 扁哥月j 凹鬯习u 易通风翊暖场和浓度场的数值试验 通风3 0 分钟后的炮烟浓度。图3 5 5 为炮烟浓度与通风速度的回归曲线图。 图3 5 5 中，为决定系数，相关系数，= r 舱，图中的相关系数为0 9 9 7 ，而在显著 水平t t = 0 0 5 时，相关系数临界值k 为o 8 7 8 ，图中的相关系数大于相关系数临界值， 即， ，盔，所求回归方程满足要求。试验表明，采场爆破后，随着通风速度的增大，通 风3 0 分钟时采场的炮烟浓度变化符合负指数函数，回归方程为c = 0 0 0 2 2 e - 1 7 0 2 1 。 n 0 0 2 5 瓴0 0 2 0 00 5 11 52z53 道风速度触 图3 5 5 炮烟浓度与通风速度回归曲线图 f i g 3 - 5 5r e g r e s s i o nc u r v eo f c o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ti nd i f f e r e n tv e l o c i t i e s 3 6 初始炮烟浓度变化的数值试验 3 6 1 试验过程和数据 改变采场爆破的炸药量，也即改变采场爆破后的初始炮烟浓度，通过c f d 数值试 验研究爆破通风3 0 分钟后的炮烟浓度与初始炮烟浓度之间的关系。图3 5 6 、3 5 7 、3 5 8 、 3 5 9 为爆破后通风3 0 分钟时初始炮烟浓度分别为0 1 、0 5 、1 5 、2 0 ，且剖面 z = 1 6 m 的浓度场，初始炮烟浓度为1 o ，且剖面为z = 1 6 m 的浓度场如图3 1 9 。 从图3 5 6 、3 5 7 、3 5 8 、3 5 9 以及3 1 9 可以看出，初始炮烟浓度越高，通风3 0 分 钟后z = 1 6 m 剖面的浓度越大，排烟越困难。 3 9 5 l 5 嘶 吼 | 詈 0 l 0 n 0 吼 炮烟浓度 扁平硐室型习u 西通风速度场和浓度场的数值试验 图3 5 6 初始炮烟浓度为0 1 的浓度场( 2 = 1 6 m ) f i g 3 5 6c o n c e n t r a t i o nf i e l di n z = 1 6 mp l a n e ( i n c i p i e n tc o n c 息n t r a t i o n = o 1 ) l 图3 5 7 初始炮烟浓度为o 5 的浓度场( 乒1 6 m ) f i g 3 - 5 7c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( i n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n = o 5 ) 图3 5 8 初始炮烟浓度为1 5 的浓度场( 庐1 6 m ) f i g 3 - 5 8c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( i n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n = 1 5 ) 4 0 黧=翟娑篡篡罴篡娑慧 ，1 1，1，9 0 7 7 6 5 j 3 2 t 7 0 嚣篡麓黧竺嚣黧箸嚣芝一 ，搴拿霉7 7 e 6 5 5 4 3 3 2 2 t l s 0 黧黧篡嚣箸=箸麓=篡一 l l，t，e b 7 7 e 5 3 2 l 8 o 广西大国明炙士掌位甚咒赶, o a s l * - 硪l 室型并口秀通风速度场和浓度场的数值试验 l 图3 5 9 初始炮烟浓度为2 0 的浓度场( f 1 6 m ) f i g 3 5 9c o n c e n t r a t i o nf i e l di n z = 1 6 mp l a n e ( i n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n = 2 o ) 表3 - 3 随初始炮烟浓度变化的炮烟浓度 t a b l e3 - 3t h er e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ta n di n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n 表3 3 为数值试验中得到的不同初始炮烟浓度条件下，采场排烟最困难点( z = 1 6 m ) 在通风3 0 分钟后的炮烟浓度，根据表中数据，绘制出炮烟浓度与初始炮烟浓度的规律 图，如图3 6 0 所示。 00 a 晒o 0 1o 0 且50 0 2 初始炮烟浓度， 图3 - 6 0 炮烟浓度随初始炮烟浓度的变化曲线 f i g 3 - 6 0r e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s ta n di n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n 3 6 2 试验数据回归分析 从图3 6 0 可以看出，炮烟浓度与初始炮烟浓度的关系呈线性变化，将表3 3 中的试 验数据进行回归分析，求出炮烟浓度与初始炮烟浓度之间的回归方程。根据图中曲线的 4 1 麓=慧竺篡=箸篡=篡一 l霸隰嬲戮一。，镰隰隧戮豳一 啪 姒 眦 姐 瞄 瞄 姒 呈| o 0 0 0 l 0 0 0 0 仉 仉 n 0 瓴 n 仅 仉 羯浓度 广西大国明页士掌位论文扁平硐室型习u 矛通风速度场和浓度场的数值试验 特点，回归方程按一元线性函数变化，即c = a + b c o ，式中，a 、b 为回归常数，c o 为初 始炮烟浓度，c 为采场通风3 0 分钟后的炮烟浓度。图3 6 l 为炮烟浓度与初始炮烟浓度 的回归曲线图。 图3 6 1 中的相关系数为0 9 8 5 ，而在显著水平口= o 0 5 时，相关系数临界值，血为 0 8 7 8 ，图中的相关系数大于相关系数临界值，即厂 ，血，所求回归方程满足要求。试验 表明，采场爆破通风后3 0 分钟时的炮烟浓度与初始炮烟浓度线性相关，回归方程为 c = 0 0 6 4 9 c o + o 0 0 0 2 。 图3 - 6 1炮烟浓度与初始炮烟浓度回归曲线图 f i g 3 - 6 1r e g r e s s i o nc u r v eo f c o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ti nd i f f e r e n ti n c i p i e n tc o n c e n t r a t i o n s 3 7 硐室几何尺寸变化的数值试验 3 7 1 试验过程和数据 嬲麓 燃删 戮：篙 3 0 曲 貉缪3 钟3 f ，3 3 0 瀚垂 蹉 l ， 图3 6 2 硐室宽度为l o r n 的采场浓度场( 乒1 6 m ) f i g 3 - 6 2c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( r o o mw i d t h = l o m ) 4 2 广西大掌司e b 掣啊立沦文 扁平硐室型采场通风速度场和浓度场的数值试验 0 工o - 7 7 钿 7 - 3 8 - 6 丽- o f 昭e - o $ 6 1 5 e - 0 3 5 ，7 “- 5 3 抽m 4 g k - 0 3 4 5 - 4 1 0 e - 0 3 3 o s v - o b 3 2 鼬瞄 2 9 7 m 2 啊 j 0 3 z o f m - 0 3 1 o t 2 3 e - 0 3 8 2 0 0 4 4 f o e - 0 4 o a o e + o d 8 充h 啪 8 裂k 7 e “溻 7 h - 7 0 k m 0 鬟h 口暑 e 1 翻蜗 5 7 5 2 7 e 4 8 44 0 * - 0 3 3 0 鼬 3 5 ：= 5 3 0 啊瞄 2 e t 2 2 钿m 1 饨o a - 0 3 3 z 啪 8 7 9 e o 4 4 0 s - 0 4 0 罐k 瑚 e b m - 0 3 8 9 l s 4 , t g g 3 7 e 7 | - 7 5 翻啪 7 o 船f f i - 0 3 6 5 珀啪 o t o 啪 5 五3 e - 5 1 “- 0 3 4 0 9 - 2 2 | 舶 3 7 5 3 2 b 2 8 t e 2 3 4 a - 0 3 t 0 - i 4 ，0 3 是3 h - o 4 e k - 0 4 o o o a * 0 0 y l x 图3 - 6 3 硐室宽度为1 2 m 的采场浓度场( 2 = 1 6 m ) f i g 3 - 6 3c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( r o o mw i d t h = 1 2 m ) 图3 6 4 硐室宽度为1 4 m 的采场浓度场( 2 = 1 6 m ) f i g 3 - 6 4c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( r o o mw i d t h = 1 4 m ) 图3 - 6 5 硐室宽度为1 6 m 的采场浓度场( 乒1 6 m ) f i g 3 - 6 5c o n c e n t r a t i o nf i e l di nz = 1 6 mp l a n e ( r o o mw i d t h = 1 6 m ) 4 3 暇隧 躁；脯麓誓 愚滋 黪嘲甾 曩隧 黟鳓譬 广西大掣瞻页士掌位论文扁平硐，噶岂采场通风速度场和浓度场的数值试验 通过改变硐室采场的宽度来改变硐室的几何尺寸，研究硐室几何尺寸的变化对采场 通风3 0 分钟后炮烟浓度的影响。图3 - 6 2 - 3 6 5 为通风3 0 分钟时，硐室宽度分别为l o m 、 1 2 m 、1 4 m 、1 6 m 的采场z = 1 6 m 剖面的浓度场，硐室宽度为8 m 的采场z = 1 6 m 剖面的 浓度场如图3 1 9 。 比较不同宽度的采场浓度场( z = 1 6 m ) ，可以看出，采场宽度越大，回流区越大， 炮烟排除越困难，通风3 0 分钟时，采场中高于安全标准的区域越大，而且炮烟浓度越 高。 表3 _ 4 随硐室宽度变化的炮烟浓度 t a b l e3 - 4t h er e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no f b l a s t i n gd u s ta n dr o o mw i d t h s 根据数值试验得到各硐室宽度的采场( z = 1 6 m ) 在通风3 0 分钟时的炮烟浓度，如 表3 - 4 。根据表中数据绘制出炮烟浓度随硐室宽度变化的规律图，如图3 6 6 。所示。 零 魁 爱 器 瑷 8l o1 21 41 6 硐室宽度m 图3 - 6 6 炮烟浓度随硐室宽度的变化 f i g 3 - 6 6r e l a t i o nb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fb l a s t i n gd u s ta n dr o o mw i d