附壁风筒出风口参数对掘进工作面控尘效果的影响.pdf
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1、50heading faceJ.Safety in Coal Mines,2023,54(10):50-55.移动扫码阅读WANGJiangInfluence of outlet parameters of wall attached air duct on dust control effect in54(10):50-55.王建国,李尧附降风筒出风参数对掘进作面控尘效果的影响安全,2 0 2 3Safety in Coal Mines2023年10 月Oct.2023Vo1.54No.10煤防发全第54卷第10 期DOI:10.13347/ki.mkaq.2023.10.008附壁风筒出风
2、口参数对掘进工作面控尘效果的影响王建国,李尧尧(西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安7 10 0 54)摘要:为明确径向出风式附壁风筒出风口宽度、径轴向出风比对综掘工作面控尘效果的影响,以冯家塔煤矿某综掘工作面为原型,运用FLUENT软件,对建立的长压短抽式通风综掘巷道模型进行数值模拟,并对模拟结果进行现场验证。结果表明:保持压抽比为1.3,径向出风口长为0.8m时,随着出风口宽度增加,巷道空间内的粉尘浓度先减小随后增大,改变出风口宽度,当出风口宽度为0.0 5m时,司机处粉尘浓度降至10 0 mg/m,距掘进工作面2 0 m巷道内基本无粉尘,控尘效果最佳;保持最佳出风口宽度为0.0 5m
3、,随着径轴向出风比变小,巷道内粉尘浓度先减小后增大,当径向轴向出风比为1:2 时,粉尘被集中控制在负压抽吸区,掘锚机司机位置处粉尘浓度降至1.2 mg/m,此时径向出风式附壁风筒控尘效果最佳。关键词:附壁风筒;出风口宽度;出风比;混合式通风;控尘效果中图分类号:TD714文献标志码:A文章编号:10 0 3-496 X(2023)10-0050-06Influence of outlet parameters of wall attached air duct on dust control effect in heading faceWANG Jianguo,LIYaoyao(College
4、 of Safety Science and Engineering,Xian University of Science and Technology,Xian 710054,China)Abstract:In order to clarify the influence of the air outlet width and the ratio of radial and axial air outlet of the wall attached airduct on the dust control effect of the fully mechanized face,taking a
5、 fully mechanized face in Fengjiata Coal Mine as the prototype,the numerical simulation of the long pressure and short extraction ventilation roadway model is carried out by using FLUENT soft-ware,and the simulation results are verified on the spot.The results show that when the pressure extraction
6、ratio is kept at 1.3 and thelength of the radial air outlet is O.8 m,with the increase of the width of the air outlet,the dust concentration in the roadway space firstdecreases and then increases,and the width of the air outlet is changed.When the width of the air outlet is 0.05 m,the dust concentra
7、-tion at the driver is reduced to 100 mg/m,20 m away from the heading face,there is basically no dust in the roadway,and the dustcontrol effect is the best.Keeping the optimal outlet width of 0.05 m.As the radial and axial air outlet ratio decreases,the dust con-centration in the roadway first decre
8、ases and then increases,when the radial and axial air outlet ratio is 1:2,the dust is centrallycontrolled in the negative pressure suction area,and the dust concentration at the drivers position of the anchor digger decreases to1.2 mg/m3.At this time,the radial outlet wall attached air duct has the
9、best dust control effect.Key words:wall attached air duct;width of air outlet;air outlet ratio;mixed ventilation;dust control effect收稿日期:2 0 2 2-0 5-13责任编辑:兰莹基金项目:国家自然科学基金资助项目(5190 42 31)作者简介:王建国(197 7 一),男,山东济南人,副教授,硕士研究生导师,博士,主要从事矿山灾害防治与职业安全健康方面的教学与研究工作。E-mail:51SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月煤
10、砺发全No.10Vo1.54第54卷第10 期综掘工作面是煤矿井下主要的产尘地点之一,大量粉尘积聚在此处,不仅污染综掘工作面环境,而且在一定条件下会发生爆炸,从而严重威胁到矿井的安全生产和矿工的生命安全 1-2 。目前,井下掘进工作面的通风方式大部分为压人式通风,其特点为出口风向单一、掘进工作面断面速度分布不均匀,这就增大了粉尘防治的难度,尤其是对粒径小于5m 的呼吸性粉尘,防治效果更差 3。附壁风筒可以在掘进机司机工作区域的前方形成隔断空气幕,将掘进过程产生的高浓度粉尘有效控制在前端,减少粉尘大面积扩散。而在压风筒模型的基础上进行附壁风筒设计之后,得到的径向出风式附壁风筒不仅可以将粉尘控制在
11、掘锚机之前的负压抽吸区,阻止截割作业所产生的高浓度粉尘向巷道的扩散,而且可以保证掘锚机司机的作业空间不受粉尘侵扰。目前对附壁风筒的研究工作主要集中在:附壁风筒对控尘效果的影响 4-7 ;附壁风筒不同参数对控尘效果的影响 8-10 ;加入附壁风筒后除尘效果对比 1-13综合现有文献资料发现,目前鲜有对径向出风式附壁风筒出风口宽度以及径轴向出风比的研究。鉴于此,以冯家塔煤矿某综掘工作面为原型,建立综掘工作面模型,在长压短抽式通风条件下,通过分析巷道内以及司机位置处的粉尘浓度变化,研究径向出风式附壁风筒出风口宽度以及径轴向出风比对综掘工作面控尘效果的影响,以期为综掘工作面防尘提供参考。1模型建立1.
12、1几何模型依据冯家塔煤矿综掘面工作现场,选取模拟巷道,将巷道简化为长为8 0 m,巷道横截面为宽5.45m,高3.9m的矩形。综掘工作面布置长压短抽式通风,将压风筒简化为直径为1m的圆柱体,压风量为57 0 m/min,位置装设于巷道进风侧,压风筒出风口距掘进工作面15m,中心轴距顶板及煤壁均为0.7 m;抽风筒架固定架设于掘锚机正上方,保持抽风筒直径为0.8 m,吸风口与掘进工作面之间的距离为3m。在压风筒的结构上对径向出风式附壁风筒进行优化设计,在压风筒末端5m位置处布置附壁风筒。径向出风式附壁风筒设置有3个0.8 mx0.05m的条缝出风口,每个出风口之间的间距均为0.2 m,出风口风流
13、径向吹至回风侧壁面,径向出风式附壁风筒如图1。条缝出风口压风筒图1行径向出风式附壁风筒Fig.1Radial outlet wall attached air duct1.2边界条件及求解设置建立几何模型后,结合风流场的数学模型及数值模拟特点,需将模型适当简化以方便计算,故将巷道内空气设为不可压缩流体且密度恒定,边界条件参数设置见表1。表1边界条件参数设置Table 1Boundary condition parameters setting边界条件设置空气密度/(kgs-3)1.225壁面粗糙度/m0.02动力黏度/(kgs-ml)1.81105压风筒风速/ms)12.1压风筒水力直径/m1
14、压风筒瑞流强度/%2.92抽风筒风速/(m:s-l)-16.59抽风筒水力直径/m0.8抽风筒瑞流强度/%2.8除尘器出流风速/ms)5.42除尘器出流水力直径/m1.4除尘器出流瑞流强度/%3.09巷道出口边界类型自由出流附壁风筒出风口长度/m0.8附壁风筒出风口间距/m0.2附壁风筒风速/(ms)6.1出风口壁面类型Velocity-inletDPMReflect类型2附壁风筒参数对控尘效果的影响2.1出风口宽度对控尘效果的影响固定压抽风量比为1.3,保持径向出风式出风口的长度为0.8 m,通过模拟附壁风筒控尘及除尘风机除尘效果,分析工作区粉尘浓度分布情况,以此确定径向出风式附壁风筒的最佳
15、出风口宽度。通过将径向出风式出风口宽度改变为0.0 1、0.03、0.0 5、0.0 7、0.0 9m,模拟得出的径向出风52SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤矿发全第54卷第10 期口不同宽度时呼吸带粉尘浓度如图2,径向出风口不同宽度时巷道两侧呼吸带粉尘浓度如图3。粉尘浓度/(mgm-3)804.4715.0 x-0.01625.6536.3X=0.03446.9357.5268.1x=0.05178.889.344.6x=0.070 x=0.09图2径向出风口不同宽度时呼吸带粉尘浓度Fig.2Dust concentration i
16、n respiratory zone atdifferentwidths of radial airoutlet800700(u.Bu)/手出风口宽度0.0 1m600出风口宽度0.0 3m出风口宽度0.0 5m500出风口宽度0.0 7 m400出风口宽度0.0 9m30020010001020304050607080与掘进工作面距离/m(a)巷道进风侧呼吸带粉尘浓度800700出风口宽度0.0 1m(u.u)/手600出风口宽度0.0 3m出风口宽度0.0 5m500出风口宽度0.0 7 m400出风口宽度0.0 9m30020010001020 304050607080与掘进工作面距离/
17、m(b)巷道回风侧呼吸带粉尘浓度图3径向出风口不同宽度时巷道两侧呼吸带粉尘浓度Fig.3Dust concentration in respiratory zone on both sidesof roadway at different widths of radial air outlet当径向出风口宽度极小,仅为0.0 1m时,径向出风口风速过大,巷道空间基本被粉尘侵占,平均浓度高达2 0 0 mg/m;但当径向出风口宽度变大后,附壁风筒控尘作用起效,巷道内粉尘浓度急速下降,直至径向出风口宽度增大到0.0 9m时,附壁风筒的控尘效果才有所减弱,但巷道内的绝大多数粉尘依旧被有效控制;在径向
18、出风口宽度在0.0 3 0.0 7 m之间时,附壁风筒径向出风所形成的控尘风幕可以保持完整,控尘效果均可达较理想状态。据云图显示,在径向出风口宽度在0.05m时,径向出风式附壁风筒的控尘效果最佳,粉尘的积聚及逸散情况得到有效改善,掘锚机前粉尘浓度达到6 50 mg/m,粉尘基本在掘进工作面10m处得到有效控制,距掘进工作面15m时粉尘浓度已降至40 mg/m左右。因此在快速掘进工作面长压短抽式通风加装径向出风式附壁风筒对工作面的控尘除尘效果非常明显径向出风口不同宽度时司机处粉尘浓度如图4,径向出风口不同宽度时巷道粉尘浓度如图5。900800出风口宽度0.0 1m出风口宽度0.0 3m(.B)/
19、700出风口宽度0.0 5m600出风口宽度0.0 7 m出风口宽度0.0 9m500400300200100012345 678910与掘进工作面距离/m图4径向出风口不同宽度时司机处粉尘浓度Fig.4 Dust concentration at the driver atdifferent widths of radial air outlet径向出风口宽0.1m800径尚出风口宽0.2 m径尚出风口宽0.3m700u径向出风口宽0.4m600径向出风口宽0.5m1.3u)50040030020010000310与掘进工作面距离/m2023040150060水平高度/m图5径向出风口不同宽
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