矿用空气幕理论及其空气动力学特性研究

依据无风墙风机有效压力理论、射流理论、风流流动特性等建立多机矿用空气幕的理论模型，以理论推导、三维有限元数值分析和试验测试为主要研究方法，灵活合理地应用数学处理方法，采用计算机数值模拟分析、试验测试、理论分析和试验验证相结合的综合研究手段，在理论上研究和分析矿用空气幕理论模型、风流流场特性及其与空气幕供风器的结构、风机特性、巷道风流特性等的关系，有效解决矿用空气幕的优化设计方法、节能及噪声影响因子等学科前沿问题，丰富和发展矿用空气幕的理论研究，有效弥补多机矿用空气幕设计选型缺乏理论依据的缺陷，推进矿井风流调控技术的研究和应用，对解决运输巷道中风门、风窗、辅扇、风机机站的设置难题、确保矿井风流的有效流动具有重要的理论和实际意义，在地采矿山有着广阔的应用前景。

在当今国民经济迅速发展，大力开发矿产资源的背景下，矿山企业在积极生产的同时，安全问题显得非常突出，尤其是地下开采矿山，矿井通风网络中时常出现风量不足、风流反向、风流停滞、风流循环等问题，直接威胁到矿山井下的安全生产。目前，矿井风流调节与控制的方法及技术措施很多，但有时受到一定条件的制约，难以实现风流调控。本项目依据无风墙风机有效压力理论、射流理论、风流流动特性等建立了多机矿用空气幕阻隔风流、单机和多机并联空气幕引射风流和对风流增阻的理论模型，以理论推导、三维有限元数值分析和现场试验研究为主要研究方法，灵活合理地应用数学处理方法，采用计算机数值模拟分析、试验测试、理论分析和试验验证相结合的综合研究手段，在理论上研究和分析了矿用空气幕理论模型、风流流场特性及其与空气幕供风器的结构、风机特性、巷道风流特性等的关系，有效解决了矿用空气幕的优化设计方法、节能及噪声影响因子等学科前沿问题，丰富和发展了矿用空气幕的理论研究，有效弥补了多机矿用空气幕设计选型缺乏理论依据的缺陷，推进了矿井风流调控技术的研究和应用，为有效解决运输巷道中风门、风窗、辅扇、风机机站的设置难题、确保矿井风流的有效流动提供了理论和方法。.主要研究内容：（1）开展了风门、辅扇和调节风窗空气幕的理论研究，并分析其影响因素；（2）应用MATLAB和FLUENT软件，开展了矿用空气幕风流流场特性研究，模拟分析了空气幕的有效压力及引射风量随其它因素变化的特性；（3）在实验室通过改变试验巷道的断面积、风机的叶片安装角、风机的功率等对空气幕的特性进行了试验研究与分析，确定最佳空气幕设计参数；（4）多机空气幕风流间相互干扰的研究；（5）采用对比试验研究方法，在多个矿井开展了大量的应用研究。.主要研究成果：（1）建立了矿用空气幕的多功能理论模型，并在数值分析和实验室研究的基础上，在矿山风流控制方面开展了卓有成效的应用实践，找到了全新的有效控制井下风流的流动和分配的方法；（2）将多台风机在同一巷道断面内并联运行，构成多机并联空气幕，在矿山井下运输巷道内隔断风流、引射风流或对风流增阻减少风流，有效解决了大断面大压差巷道内风流调控的技术难题；（3）优化了矿用空气幕供风器的结构及参数，有效提高了矿用空气幕的效率；（4）建立了机械化盘区通风方法，探索出完善多级机站通风系统的有效途径。