通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散的仿真實(shí)驗(yàn)

聶文，馬驍，程衛(wèi)民，周剛，劉陽(yáng)昊

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通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散的仿真實(shí)驗(yàn)

聶文，馬驍，程衛(wèi)民，周剛，劉陽(yáng)昊

(山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院，礦山災(zāi)害預(yù)防控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島，266590)

為了提高長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面通風(fēng)除塵效果，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)確定通風(fēng)條件影響風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移及粉塵擴(kuò)散的規(guī)律。研究結(jié)果表明：風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移規(guī)律為壓風(fēng)口與迎頭距離、壓抽比越大，抽風(fēng)口與迎頭距離、壓風(fēng)量越小，越利于形成風(fēng)速方向均指向掘進(jìn)面迎頭的控塵風(fēng)流場(chǎng)，形成控塵風(fēng)流場(chǎng)的壓風(fēng)口與迎頭最小距離為25 m。粉塵擴(kuò)散規(guī)律為隨著測(cè)點(diǎn)與迎頭距離的增大，粉塵質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)減小或波動(dòng)性減小趨勢(shì)；抽風(fēng)口與迎頭距離越小，迎頭粉塵擴(kuò)散能力越??；隨著壓風(fēng)口與迎頭距離增大、壓抽比減小，迎頭粉塵擴(kuò)散能力逐漸減小并趨于穩(wěn)定，壓抽比為0.75時(shí)距迎頭5~39 m的有人作業(yè)區(qū)域全塵、呼塵平均降塵率已增至95.56%和94.31%；隨著壓風(fēng)量增大，迎頭粉塵擴(kuò)散能力先減小后增大，其中壓風(fēng)量為250 m3/min時(shí)擴(kuò)散能力最小。

通風(fēng)條件；長(zhǎng)壓短抽；掘進(jìn)面；風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移；粉塵擴(kuò)散；仿真實(shí)驗(yàn)

掘進(jìn)面產(chǎn)生的高質(zhì)量濃度粉塵一直是困擾我國(guó)煤礦安全高效開(kāi)采的難題，據(jù)實(shí)測(cè)，掘進(jìn)面尤其綜掘面不采用防塵措施時(shí)，迎頭粉塵質(zhì)量濃度可高達(dá)3 g/m3以上，嚴(yán)重威脅了煤礦的安全高效開(kāi)采及礦工的身體健康[1?2]。掘進(jìn)面的防塵方式主要有噴霧降塵、泡沫降塵及通風(fēng)除塵等，其中，長(zhǎng)壓短抽是非煤與瓦斯突出礦井掘進(jìn)面較常用的通風(fēng)除塵方式，抽風(fēng)機(jī)為除塵風(fēng)機(jī)，該方式中，影響除塵效果的重要因素是通風(fēng)條件，若壓風(fēng)量、壓抽比(壓風(fēng)量與抽風(fēng)量的比)等通風(fēng)條件設(shè)置不合理，未能在迎頭附近形成控塵風(fēng)流場(chǎng)，除塵風(fēng)機(jī)將無(wú)法有效吸入迎頭粉塵凈化，致使粉塵大量向外擴(kuò)散[3?7]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散方面主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)測(cè)定3種方式，其中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)易受現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)限制，測(cè)定時(shí)間及通風(fēng)條件設(shè)置較難得到充分保證；數(shù)值模擬在數(shù)學(xué)模型及邊界條件參數(shù)設(shè)置方面難免會(huì)有一定誤差，致使數(shù)值模擬結(jié)果很難完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；實(shí)驗(yàn)測(cè)定方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多是通過(guò)相似實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)通風(fēng)條件參數(shù)設(shè)置也較為簡(jiǎn)單，因此，現(xiàn)有研究成果較難系統(tǒng)、準(zhǔn)確地得出通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散的規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)也一直未達(dá)到理想的通風(fēng)除塵效果[8?14]。為此，本文作者進(jìn)行通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散的仿真實(shí)驗(yàn)，以期為掘進(jìn)面的粉塵有效防治提供理論指導(dǎo)。

1 粉塵在掘進(jìn)面中的擴(kuò)散理論分析

在掘進(jìn)面中，推動(dòng)粉塵運(yùn)動(dòng)的基本動(dòng)力是氣流運(yùn)動(dòng)，描述氣固兩相流體的全部物理現(xiàn)象應(yīng)是氣體及粉塵運(yùn)動(dòng)方程，粉塵沿巷道的擴(kuò)散可簡(jiǎn)化為等強(qiáng)度源一維縱向擴(kuò)散，從=0 s開(kāi)始，在某處連續(xù)加入粉塵擴(kuò)散質(zhì)，擴(kuò)散方程如下[15?17]：

式中：1為縱向流速分布不均引起的縱向擴(kuò)散系數(shù)；t為徑向質(zhì)量濃度引起徑向分子擴(kuò)散系數(shù)(1≥t)。

不可壓縮黏性氣體運(yùn)動(dòng)方程[5, 17]：

式中：g為氣體的運(yùn)動(dòng)速度矢量，m/s；為單位體積上氣體的質(zhì)量力矢量，N/m3；為氣體的壓力矢量，Pa；為壓力梯度；g為氣體黏度，Pa·s。

球形塵粒在忽略外力作用下的運(yùn)動(dòng)方程[5, 16]為

式中：p為塵粒直徑，m；p為阻力系數(shù)；p為塵粒運(yùn)動(dòng)速度矢量，m/s；r為氣體與塵粒間相對(duì)速度，m/s，即：。

2 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方案設(shè)計(jì)

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了確定通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散規(guī)律，以山東科技大學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)礦井掘進(jìn)面為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面氣載粉塵擴(kuò)散仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)巷道是長(zhǎng)×寬×高為41 m× 3.45 m×3.25 m的半圓拱區(qū)域，斷面積為9.93 m2，底板鋪設(shè)寬0.6 m的鐵軌，在距實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面迎頭60 m的井底車場(chǎng)大巷處布置1臺(tái)功率30 kW、最大出風(fēng)量547 m3/min的壓入式風(fēng)機(jī)，在距迎頭34 m的鐵軌處布置1臺(tái)功率37 kW、最大吸風(fēng)量為422 m3/min的除塵風(fēng)機(jī)，2風(fēng)機(jī)由裝有ATV61HD37N4Z型無(wú)級(jí)變頻器的變頻調(diào)速控制開(kāi)關(guān)分別控制，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)速，并均連接直徑0.8 m的礦用負(fù)壓風(fēng)筒，壓風(fēng)筒和抽風(fēng)筒分別沿巷道兩壁布置，壓風(fēng)口、抽風(fēng)口底端均距底板1.6 m，與迎頭距離可調(diào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，布置在井下南北大巷處的3D2?S135/28型三柱塞高壓泵將儲(chǔ)水筒中的水增壓至2 MPa后送至除塵風(fēng)機(jī)。在迎頭處設(shè)置出風(fēng)量64 m3/min的揚(yáng)塵風(fēng)扇，起塵源作用。

圖1 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)測(cè)定壓風(fēng)量、壓抽比及壓、抽風(fēng)口與迎頭距離等通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移及粉塵擴(kuò)散的仿真實(shí)驗(yàn)方案。

2.2.1 通風(fēng)條件設(shè)置

首先設(shè)定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)通風(fēng)條件：壓風(fēng)量F為斷面積約10 m2掘進(jìn)面常用的200 m3/min、壓抽比為1.25、抽風(fēng)口與迎頭距離E為3 m，并根據(jù)如下條件依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：步驟1) 設(shè)定F為200 m3/min，為1.25，E為3 m，壓風(fēng)口與迎頭距離F分別為10，15，20，25和30 m，以確定在距迎頭5.0 m(工人約與迎頭的最小距離)斷面處可形成風(fēng)流方向均指向迎頭控塵風(fēng)流場(chǎng)的壓風(fēng)口與迎頭最小距離min。步驟2) 設(shè)定F為200 m3/min，為1.25，F(xiàn)為min，E分別為1，2，3，4和5 m。步驟3) 設(shè)定為1.25，F(xiàn)為min，E為3 m，由于實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面斷面積為9.93 m2，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，煤巷掘進(jìn)面應(yīng)符合15＜F＜240，即F范圍為148.95~2 383.2 m3/min，因此，設(shè)定F分別為150，200，250，300，350，400，450和500 m3/min。步驟4) 設(shè)定F為200 m3/min，F(xiàn)為min，E為3 m，分別為1.50，1.25，0.75和0.50。

2.2.2 測(cè)風(fēng)點(diǎn)設(shè)置

為了掌握實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面整體的風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移狀況，設(shè)置了4個(gè)測(cè)風(fēng)斷面，分別距迎頭0.5，5.0，20.0和 32.0 m；并設(shè)置了?坐標(biāo)軸，其中，壓風(fēng)筒指向抽風(fēng)筒、底板指向頂板分別為軸正方向，每個(gè)斷面上設(shè)置7個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)~，分別用坐標(biāo)表示為(0.500，0.500)，(1.725，0.500)，(2.950，0.500)，(0.500，1.550)，(1.725，1.550)，(2.950，1.550)和(1.725，2.500)，單位為m。采用TSI 8347?VELOCICALC風(fēng)速流量表測(cè)定不同測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速大小，并利用紅彩帶測(cè)定風(fēng)速方向。斷面測(cè)風(fēng)點(diǎn)設(shè)置如圖2所示。

圖2 斷面測(cè)風(fēng)點(diǎn)設(shè)置示意圖

2.2.3 測(cè)塵點(diǎn)設(shè)置

設(shè)置了8個(gè)測(cè)塵斷面，分別距迎頭2.5，3.5，5.0，10.0，15.0，20.0，30.0和39.0 m，在每個(gè)斷面距巷道底板1.55 m(工人呼吸高度)處的中間位置設(shè)置1測(cè)塵點(diǎn)，采用CCHZ?1000全自動(dòng)粉塵測(cè)定儀測(cè)定粉塵質(zhì)量濃度，揚(yáng)塵量約為5 g/s。

3 風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

掘進(jìn)面風(fēng)流是粉塵運(yùn)動(dòng)的載體，風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移對(duì)粉塵擴(kuò)散起著重要作用，因此，首先進(jìn)行風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移的仿真實(shí)驗(yàn)。以設(shè)置的通風(fēng)條件依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，首先測(cè)定步驟1)不同F(xiàn)時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速，如表1所示。從表1可見(jiàn)：風(fēng)速方向采用以下圖標(biāo)表示：“⊕”為指向迎頭方向，“⊙”為逆向迎頭方向，“→”為由壓風(fēng)筒一側(cè)指向抽風(fēng)筒一側(cè)，“←”為由抽風(fēng)筒一側(cè)指向壓風(fēng)筒一側(cè)，“↑”為由巷道底板指向頂板，“↓”為由巷道頂板指向底板。

由表1可知：F由10 m增大至30 m時(shí)，在距迎頭0.5 m斷面處，風(fēng)速逐漸減小，由F為10 m時(shí)的0.91~2.25 m/s減小至25 m時(shí)的0.03~0.28 m/s；在距迎頭5.0 m斷面處，風(fēng)流方向由紊亂逐漸趨向穩(wěn)定，并在F為25 m時(shí)形成了均指向迎頭方向流動(dòng)且較為穩(wěn)定的控塵風(fēng)流場(chǎng)，F(xiàn)為30 m時(shí)7個(gè)測(cè)點(diǎn)~的風(fēng)速與F為25 m時(shí)基本一致，這說(shuō)明F的增大使壓風(fēng)在巷道內(nèi)的擴(kuò)散更為充分均勻，min為25 m；當(dāng)F為10~15 m時(shí)，由于為1.25，F(xiàn)大于抽風(fēng)量E，20%的壓風(fēng)由壓風(fēng)口吹出，在距迎頭20.0 m斷面處，形成了均逆向迎頭方向流動(dòng)且較為穩(wěn)定的風(fēng)流場(chǎng)；在距迎頭32.0 m的斷面處，受除塵風(fēng)機(jī)出風(fēng)口高速壓風(fēng)流的影響，風(fēng)流場(chǎng)較為紊亂。

測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟2)~4)中不同E，F(xiàn)和時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速，分別如表2~4所示，從表2~4可見(jiàn)：距迎頭 5.0 m斷面測(cè)點(diǎn)風(fēng)速以分析控塵風(fēng)流場(chǎng)的形成狀況。從表2還可見(jiàn)：距迎頭0.5 m斷面測(cè)點(diǎn)風(fēng)速以分析抽風(fēng)口影響范圍。

由表2~4可知：

1)E為1~5 m時(shí)，隨著E增大，在距迎頭0.5 m斷面處，與抽風(fēng)口相近的(2.950，1.550)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)速急劇減小，由E為1 m時(shí)的1.14 m/s急劇減小至5 m時(shí)的0.07 m/s，說(shuō)明抽風(fēng)口風(fēng)流場(chǎng)的影響范圍較小；在距迎頭5.0 m斷面處，E的增大逐漸擾動(dòng)了控塵風(fēng)流場(chǎng)，E為1~4 m時(shí)，風(fēng)流方向均指向迎頭，E為 1~3 m時(shí)，風(fēng)速在0.27~0.29 m/s區(qū)間內(nèi)，E為4 m時(shí)，該區(qū)間增大至0.25~0.30 m/s，說(shuō)明E的增大不利于形成控塵風(fēng)流場(chǎng)。

2)F為150~250 m3/min時(shí)，在距迎頭5.0 m斷面處，均可形成控塵風(fēng)流場(chǎng)，但風(fēng)速波動(dòng)區(qū)間隨著F的增大而增大；F增大至300 m3/min后，該斷面處的風(fēng)速方向已發(fā)生紊亂，說(shuō)明F的增大不利于形成控塵風(fēng)流場(chǎng)。

3)為0.5~1.5時(shí)，在距迎頭5.0 m斷面處均形成了控塵風(fēng)流場(chǎng)，但風(fēng)速的波動(dòng)區(qū)間由為1.5和E為133 m3/min時(shí)的0.22~0.24 m/s逐漸增大至為0.5和E為400 m3/min時(shí)的0.59~1.13 m/s，說(shuō)明的減小不利于形成控塵風(fēng)流場(chǎng)。

表1 不同LF時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速

表2 不同LE時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速

表3 斷面距迎頭5.0 m處不同QF時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速

表4 斷面距迎頭5.0 m處不同Y時(shí)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速

4 粉塵擴(kuò)散仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)用粉塵為0.045 mm篩子篩選后的煤塵，首先測(cè)定與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相同斷面積掘進(jìn)面常用的F為 200 m3/min和F為10 m及未開(kāi)啟除塵風(fēng)機(jī)時(shí)實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面各測(cè)點(diǎn)的原始粉塵質(zhì)量濃度，然后，以此為基礎(chǔ)，測(cè)定實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面在不同F(xiàn)，E，F(xiàn)和通風(fēng)條件下各測(cè)點(diǎn)的粉塵質(zhì)量濃度。表5所示為各測(cè)點(diǎn)原始粉塵質(zhì)量濃度，圖3所示為不同通風(fēng)條件下各測(cè)點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度曲面。

表5 各測(cè)點(diǎn)原始粉塵質(zhì)量濃度

由表5與圖3可知：

1) 不同F(xiàn)，E，F(xiàn)和通風(fēng)條件下，在距迎頭2.5~39.0 m的實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面范圍內(nèi)，隨著測(cè)點(diǎn)與迎頭距離的增大，粉塵質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)減小或波動(dòng)性減小趨勢(shì)。

2) 當(dāng)F為5~30 m時(shí)，在距迎頭5.0~39.0 m的有人作業(yè)區(qū)域6個(gè)測(cè)點(diǎn)，全塵、呼塵的平均降塵率先由F為5 m時(shí)的63.82%和62.74%分別增大至25 m時(shí)的84.77%和83.50%，后又緩慢增大至30 m時(shí)的86.82%和85.36%；F由5 m增大至20 m中，在距迎頭10.0 m測(cè)點(diǎn)處，全塵、呼塵質(zhì)量濃度分別在106.4~127.8 mg/m3和41.9~50.2 mg/m3范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)F為25 m時(shí)，全塵、呼塵質(zhì)量濃度分別急劇減小至15.1 mg/m3和5.9 mg/m3；當(dāng)F為30 m時(shí)，全塵、呼塵質(zhì)量濃度分別急劇減小至13.8 mg/m3和5.4 mg/m3；在距迎頭5.0 m測(cè)點(diǎn)處，當(dāng)F為5~30 m時(shí)，全塵、呼塵的質(zhì)量濃度分別在85 mg/m3和33 mg/m3以上，質(zhì)量濃度較高；說(shuō)明隨著F增大，迎頭粉塵的擴(kuò)散能力逐漸減小并在F為25 m后趨于穩(wěn)定，僅增大F形成的控塵風(fēng)流場(chǎng)控塵效果有限值。

(a) LF?全塵；(b) LF?呼塵；(c) LE?全塵；(d) LE?呼塵；(e) QF?全塵；(f) QF?呼塵；(g) Y?全塵；(h) Y?呼塵

3) 當(dāng)E為1~5 m時(shí)，隨著E增大，有人作業(yè)區(qū)域6個(gè)測(cè)點(diǎn)的全塵、呼塵平均降塵率由E為1 m時(shí)的92.13%和90.57%分別逐漸減小至5.0 m時(shí)的77.59%和75.11%，距迎頭5.0 m測(cè)點(diǎn)處粉塵質(zhì)量濃度不斷增大，全塵、呼塵濃度分別由E為1 m時(shí)的18.2 mg/m3和7.0 mg/m3增大至5 m時(shí)的136.8 mg/m3和53.7 mg/m3。

4)F為150~500 m3/min時(shí)，隨著F增大，有人作業(yè)區(qū)域6個(gè)測(cè)點(diǎn)的全塵、呼塵平均降塵率由F為150 m3/min時(shí)的80.98%和79.83%先分別逐漸增大至250 m3/min時(shí)的88.98%和87.25%，后波動(dòng)減小至 500 m3/min時(shí)的72.57%和71.32%；在距迎頭5.0 m測(cè)點(diǎn)處，全塵、呼塵質(zhì)量濃度也是先分別減小至 250 m3/min時(shí)的79.8 mg/m3和31.3 mg/m3，后分別波動(dòng)增大至500 m3/min時(shí)的102.4 mg/m3和39.9 mg/m3。這主要是由于在F增大至250 m3/min中，在距迎頭5.0 m斷面處形成的控塵風(fēng)流場(chǎng)風(fēng)速不斷增大，使迎頭粉塵的擴(kuò)散能力不斷減小，壓風(fēng)量增大至300 m3/min后，在該斷面處已無(wú)法形成控塵風(fēng)流場(chǎng)，致使迎頭粉塵的擴(kuò)散能力又基本呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

5)為0.5~1.5時(shí)，隨著減小，迎頭粉塵擴(kuò)散能力不斷減小，有人作業(yè)區(qū)域6個(gè)測(cè)點(diǎn)的全塵、呼塵平均降塵率由為1.5時(shí)的81.72%和80.81%分別增大至為0.75時(shí)的95.56%和94.31%，再緩慢增大至為0.5時(shí)的96.80%和95.22%；在距迎頭5.0 m測(cè)點(diǎn)處，由1.5減小至0.75時(shí)，全塵、呼塵質(zhì)量濃度分別由121.3 mg/m3和47.6 mg/m3減小至19.8 mg/m3和7.5 mg/m3，當(dāng)為0.5時(shí)，全塵、呼塵質(zhì)量濃度分別緩慢減小至17.2 mg/m3和6.7 mg/m3，迎頭粉塵的擴(kuò)散能力已基本趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論

1) 設(shè)計(jì)進(jìn)行了F，E，F(xiàn)和這4種通風(fēng)條件影響長(zhǎng)壓短抽掘進(jìn)面粉塵擴(kuò)散的仿真實(shí)驗(yàn)，確定了不同通風(fēng)條件下推動(dòng)粉塵運(yùn)動(dòng)的風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移及粉塵擴(kuò)散規(guī)律。

2) 風(fēng)流場(chǎng)運(yùn)移規(guī)律為F越大，E越小，F(xiàn)越小，越大，越利于形成風(fēng)速方向均指向掘進(jìn)面迎頭的控塵風(fēng)流場(chǎng)，min為25 m。

3) 粉塵擴(kuò)散規(guī)律為在距迎頭2.5~39.0 m的實(shí)驗(yàn)掘進(jìn)面范圍內(nèi)，隨著測(cè)點(diǎn)與迎頭距離的增大，粉塵質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)減小或波動(dòng)性減小趨勢(shì)；E越小，迎頭粉塵擴(kuò)散能力越小，距迎頭5.0~39.0 m的有人作業(yè)區(qū)域全塵、呼塵平均降塵率由E為1 m時(shí)的92.13%和90.57%分別減小至5 m時(shí)的77.59%和75.11%；隨著F增大、減小，迎頭粉塵擴(kuò)散能力逐漸減小并趨于穩(wěn)定，為0.75時(shí)有人作業(yè)區(qū)域全塵、呼塵的平均降塵率已分別增至95.56%和94.31%；隨著F增 大，迎頭粉塵擴(kuò)散能力先減小后增大，其中F為 250 m3/min時(shí)擴(kuò)散能力最小。

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(編輯 羅金花)

Simulation experiment on effects of ventilation conditions on dust diffusion of the forced with long duct fan accompanied with short duct exhaustor in heading face

NIE Wen, MA Xiao, CHENG Weimin, ZHOU Gang, LIU Yanghao

(Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control, College of Mining and Safety Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)

In order to improve the dust removal effect of the forced with long duct fan accompanied with short duct exhaustor in heading face, the effect of ventilation conditions on wind field migration and dust dispersion was determined by the simulation experiment. The results show that the more distance between pressure tuyere and tunnelling place and press extraction ratio, the less distance between exhaust port and tunnelling place and press wind volume. It is beneficial to the formation of the dust control wind flow field to point to the tunnelling place; the minimum distance between pressure tuyere and tunnelling place of the dust control wind flow field formation is 25 m. Dust diffusion law is that with the increase of the distance between measuring point and tunnelling place, dust mass concentration shows a trend of decrease or volatility reduces as a whole; the less distance between exhaust port and tunnelling place, the less ability of dust diffusion of tunneling place; with the increase of the distance between pressure tuyere and tunnelling place and the decrease of press extraction ratio, the ability of dust diffusion of tunneling place gradually decreases and reaches some constants; when press extraction ratio is 0.75 and the distance between 5?39 m, the average dust rate of the total coal dust worker operation area and respirable dust is 95.56% and 94.31%, respectively; with the increase of press wind volume, the ability of dust diffusion of tunneling place decreases and then increases, and when the press wind volume is 250 m3/min, the ability of dust diffusion is the least.

ventilation conditions; forced with long duct fan accompanied with short duct exhaustor; heading face; wind field migration; dust diffusion; simulation experiment

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.09.026

TD714.41

A

1672?7207(2015)09?3346?08

2014?11?08；

2015?01?20

國(guó)家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合重點(diǎn)支持項(xiàng)目(U1261205)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51474139)；國(guó)家青年基金資助項(xiàng)目(51404147)；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015M570602); 山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013GSF12004); 山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2012ZHTD06) (Project (U1261205) supported by the Key Program of the Coal Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China; Project (51474139) supported by the General Program of the National Natural Science Foundation of China; Project (51404147) supported by the National Natural Science Foundation for Young Scientists of China; Project (2015M570602) supported by the China Postdoctoral Science Foundation; Project (2013GSF12004) supported by the Shandong Provincial Foundation for Development of Science and Technology; Project (2012ZHTD06) supported by the Scientific Research Innovation Team of College of Mining and Safety Engineering in Shandong University of Science and Technology)

周剛，博士，副教授，從事礦井通風(fēng)與粉塵防治研究；E-mail: sdniewen@163.com