風速對皮帶轉載點粉塵運移影響程度的分析

侯寶月

1 概況

同忻礦為千萬噸礦井，礦井巷道布置方式為斜、立混合開拓，盤區(qū)巷道布置；開采方式為單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤開采；通風方式為分區(qū)式通風；主運輸方式為帶式輸送機連續(xù)運輸，輔助運輸方式為無軌膠輪車運輸。主斜井傾角5°8'，斜長4661.35m，凈寬4800mm。主要擔負全礦井的煤炭提升任務，并兼作安全出口和入風井。裝備ST4500型鋼繩芯帶式輸送機，皮帶寬度1800mm，運輸能力4800t∕h。

風速直接影響皮帶轉載點粉塵濃度和運移范圍。風速減小，粉塵濃度增加；風速增大，粉塵濃度降低，但粉塵的運移范圍也變大［1］。皮帶轉載點粉塵的主要來源為：轉載點碎煤由高處皮帶落向低處皮帶時因高度差引起與空氣的對沖和低處皮帶碰撞產生的粉塵；進風流與皮帶上運輸碎煤對沖揚起的粉塵；破碎機破碎煤塊時產生的粉塵［2］-［3］。本文結合同忻礦主斜井現(xiàn)場實際，通過風流速度對粉塵風力輸運影響數(shù)值模擬，得到了轉載點粉塵運移規(guī)律及合理的防治措施。

2 風速對轉載點粉塵運移影響數(shù)值模擬及結果分析

根據(jù)同忻礦主斜井的實際情況，設計了風速對轉載點粉塵運移影響數(shù)值模擬的基本參數(shù)如下：主斜井巷道模型長100m，高4.3m和風流速度分別為1m∕s、1.5m∕s、2m∕s。

2.1 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=1s）

下料口開始放煤1s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖1所示，煤塵在下料口逆風方向存在一定區(qū)域的擴散，順風方向存在一個較強的向上卷吸現(xiàn)象。逆風的擴散，是由于煤塊放出的過程中煤塊的下落具有一定的角度，且具有一定的速度，以及隨著煤塊下落沖擊出的氣流等也具有一定方向和大小的速度，導致下料口附近氣流流動狀態(tài)發(fā)生改變，在一定區(qū)域內產生湍流，使得煤塵獲得了一個具有逆風運移的速度所導致；粉塵順風漂移并卷吸的可能原因是巷道風流的風力夾帶作用，導致顆粒較小質量相對較輕的粉塵顆?？梢皂橈L運動和向上漂移。

圖1 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=1s）

2.2 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=5s）

下料口放煤5s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖2所示。

圖2 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=5s）

隨著落煤的持續(xù)，粉塵向遠離下料口的方向大量擴散，并且擴散過程中粉塵沿著整個巷道斷面向上下擴散的更加均勻和廣闊。對比圖中風速分別為1，1.5，2m∕s的情況，巷道風流速度越大，粉塵擴散的范圍越廣。結合圖1，在逆風方向上粉塵（下料口逆風方向的斑點區(qū)域）的逆風擴散與巷道風流速度有一定關系，風流速度越小粉塵在下料口逆風漂移量和范圍越大［4］。

2.3 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=10s）

下料口放煤10s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖3所示，對比風速為1、1.5、2m∕s粉塵在巷道內的分布情況，如前所述，風速越小粉塵在逆風方向擴散的范圍越廣，逆風方向一定范圍內的粉塵濃度隨著風速的降低而減少；同時在順風方向，風速越大，粉塵擴散的越明顯。對比巷道高度方向可以發(fā)現(xiàn)，距離下料口30m范圍內，除去底板附近區(qū)域，離頂板越近粉塵的濃度越小，粉塵的擴散存在優(yōu)先在距離底板一定高度向上擴散的趨勢［5］。

圖3 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=10s）

2.4 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=20s）

下料口放煤20s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖4所示，研究區(qū)域內，風速越低遠離下料口的順風方向處的粉塵濃度越高，主要原因在于風速較大時，風流對粉塵的風力輸運過程較為強烈，在塵源的產塵強度不變，風流和產塵都持續(xù)發(fā)生的情況下，大風速對粉塵的輸運能力更強，能將在此時期內所產生的粉塵大量地向更遠處輸送，而風速較低時則不具備這個條件和能力，由此可見提高風速可以起到降低粉塵危害的作用，但風速的提高同時也會帶來粉塵污染區(qū)域的擴大，所以提高風速的同時應當適當?shù)牟扇袷匠龎m等其他除塵措施。

圖4 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=20s）

2.5 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=30s）

圖5 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=30s）

下料口放煤30s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖5所示。與以上各圖基本具有相似的趨勢，突然降低風速或局部出現(xiàn)風流斷路等現(xiàn)象時，會導致該處的粉塵大量積聚，構成較為嚴重的粉塵危害。

2.6 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=40s）

圖6 風速在1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=40s）

下料口放煤40s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖6所示。圖中存在一個與圖5類似的現(xiàn)象，即在順風方向遠離下料口15m以外的區(qū)域粉塵濃度在巷道高度方向的分布更加均勻，這也說明隨著粉塵擴散和運移時間的延續(xù)在距離塵源一定范圍內會出現(xiàn)粉塵的相對均勻部分或分布的不規(guī)則性大大降低［6］。

2.7 風速對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=50s）

圖7 風速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對轉載點下料口粉塵運移的影響（t=50s）

下料口放煤50s時，風速對轉載點下料口粉塵運移的影響如圖7所示。與圖6對比顯示，在風速相同的情況下這兩個不同的時間點時粉塵在研究區(qū)域內的分布沒有較大差別［7］-［8］。

3 結論

（1）下料口落煤初期，落煤口順風側會出現(xiàn)強烈的粉塵向上卷吸現(xiàn)象，同時還存在著逆風側粉塵的逆風擴散；風流速度越小，粉塵的逆風擴散越強，但順風卷吸變弱。

（2）順風方向距離落煤口15m以內范圍內，粉塵濃度存在明顯的下高上低現(xiàn)象，風速越低此區(qū)域內上部的粉塵濃度越大；風速越小，粉塵在下料口逆風漂移的量和范圍越大；風速越大，粉塵順風擴散的范圍越廣。

（3）風速越低，遠離下料口的順風方向處的粉塵濃度越高；風速增大，粉塵濃度降低，但粉塵的運移范圍也變大，即提高風速可以降低粉塵濃度，如果單獨風流速度也會導致粉塵污染范圍的擴大；如果塵源不是持續(xù)的或是塵源強度不大的情況下提高風速可以起到清洗風流，降低粉塵污染的作用，如果塵源持續(xù)且強度較大如主要運輸大巷的落煤口持續(xù)放煤，這種條件下必須采取其他有效措施進行粉塵的治理，如落煤口設置集塵罩或是噴霧除塵設施等。

（4）本文未考慮皮帶的逆風運行及皮帶的震動等，如果考慮以上因素的影響，粉塵在下料口的逆風擴散將會更加強烈，且在順風方向也會出現(xiàn)對巷道風流的擾動，所以都會影響粉塵的擴散與運移。