第9期 蒋仲安等：皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律的数值模拟 ·979· 2数值模拟结果及分析 90 80 2.1巷道流场分布规律 70 y-0.75m 60 为研究皮带运输巷道在不同皮带运输速度下的 50 流场分布情况，模拟中对皮带运输速度：分别为2、 是40 30 2.5及3.15ms-的流场分布进行求解.图2为巷 20 道风速为0.5m·s-时的巷道断面速度场分布.从 10 1=0.75m 图2中可以看出：(1)由于皮带表面矿石与空气的 25 5075100125150175200 距离，xm 摩擦作用，与矿石接触的空气随着皮带一起运动，巷 道内风速以皮带表面为中心径向逐步降低：(2)皮 图3巷道断面呼吸带高度粉尘质量浓度沿程变化 Fig.3 Dust mass concentration variations of the cross section along 带运输速度越大，巷道断面流场受影响范围越小，皮 the roadway at breathing height 带表面空气运动速度越高 风速ms 沿程急剧上升，达到最大值后，捕捉壁面粉尘质量浓 度逐步下降至5mgm-3左右，反弹壁面粉尘质量浓 度则在一定范围内上下波动，并最终保持在25mg· m3左右.(2)在不同皮带运输速度条件下，皮带运 输速度越小，粉尘质量浓度越低.在低运行速度区 域，粉尘质量浓度受皮带运输影响较弱.皮带运输 速度为2.5ms时，人行道粉尘质量浓度最大值比 -2.00m5 =250ms =3.15m.s 3.15ms1时低70mgm-3左右，比2ms时仅高 15mg"m-3左右.在实际生产过程中，既要使皮带保 持较高的矿石输送能力，以保证完成繁重的生产任 图2巷道断面速度场分布云图 Fig.2 Velocity distribution of the section at the belt conveyer road- 务，又要将粉尘质量浓度控制在一个较低的范围，综 way 合考虑，皮带运输速度可设定为2.5m·s1.(3)当 风速小于3m·s1时，随着风速的增大，粉尘质量浓 2.2粉尘质量浓度分布规律 度逐步降低；当风速大于3m·s时，随着风速的增 图3为皮带运输巷道不同断面呼吸带高度粉尘 大，粉尘质量浓度逐步升高；当风速为3ms时，粉 质量浓度沿程变化图，其中y=0.75m和y=-0.75m 尘质量浓度达到最低值，整体保持在3mg·m3 分别表示皮带运输机道中央断面和人行道中央断面. 以内 从图3中可以看出：(1)在巷道断面内，粉尘质 35 量浓度以皮带表面为中心径向逐步降低.(2)在呼 0 吸带高度上，机道和人行道沿程粉尘质量浓度都是 3 先逐步上升，后缓慢下降，机道先于人行道达到最大 值.总体上机道粉尘质量浓度要高于人行道.(3) 15 在距巷道入口45m处，机道粉尘质量浓度达到最大 10 值80mgm-3,随后缓慢下降，在巷道出口处保持在 15mg·m-3左右；在距巷道入口90m处，人行道粉尘 255075100125150175200 质量浓度达到最大值36mg"m-3,在巷道出口处降 距离，xm 至5mgm-3 图4不同壁面条件下粉尘质量浓度沿程变化 Fig.4 Dust mass concentration variations along the roadway under 2.3不同边界条件下粉尘质量浓度变化规律 different wall conditions 图4~图6分别为在不同壁面、不同皮带运输 速度和不同巷道风速边界条件下人行道断面呼吸带 3现场实测数据及分析 高度粉尘质量浓度沿程变化图 从图4~图6中可以看出：(1)在巷道前100m 3.1粉尘粒径分析 内，捕捉壁面及反弹壁面人行道粉尘质量浓度均为 在40"皮带运输巷道现场沿程取五个样本，通第 9 期 蒋仲安等: 皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律的数值模拟 2 数值模拟结果及分析 2. 1 巷道流场分布规律 为研究皮带运输巷道在不同皮带运输速度下的 流场分布情况，模拟中对皮带运输速度 v 分别为 2、 2. 5 及 3. 15 m·s － 1 的流场分布进行求解． 图 2 为巷 道风速为 0. 5 m·s － 1 时的巷道断面速度场分布． 从 图 2 中可以看出: ( 1) 由于皮带表面矿石与空气的 摩擦作用，与矿石接触的空气随着皮带一起运动，巷 道内风速以皮带表面为中心径向逐步降低; ( 2) 皮 带运输速度越大，巷道断面流场受影响范围越小，皮 带表面空气运动速度越高． 图 2 巷道断面速度场分布云图 Fig． 2 Velocity distribution of the section at the belt conveyer road￾way 2. 2 粉尘质量浓度分布规律 图 3 为皮带运输巷道不同断面呼吸带高度粉尘 质量浓度沿程变化图，其中 y = 0. 75 m 和 y = － 0. 75 m 分别表示皮带运输机道中央断面和人行道中央断面． 从图 3 中可以看出: ( 1) 在巷道断面内，粉尘质 量浓度以皮带表面为中心径向逐步降低． ( 2) 在呼 吸带高度上，机道和人行道沿程粉尘质量浓度都是 先逐步上升，后缓慢下降，机道先于人行道达到最大 值． 总体上机道粉尘质量浓度要高于人行道． ( 3) 在距巷道入口 45 m 处，机道粉尘质量浓度达到最大 值 80 mg·m － 3 ，随后缓慢下降，在巷道出口处保持在 15 mg·m － 3 左右; 在距巷道入口 90 m 处，人行道粉尘 质量浓度达到最大值 36 mg·m － 3 ，在巷道出口处降 至 5 mg·m － 3 ． 2. 3 不同边界条件下粉尘质量浓度变化规律 图 4 ～ 图 6 分别为在不同壁面、不同皮带运输 速度和不同巷道风速边界条件下人行道断面呼吸带 高度粉尘质量浓度沿程变化图． 从图 4 ～ 图 6 中可以看出: ( 1) 在巷道前 100 m 内，捕捉壁面及反弹壁面人行道粉尘质量浓度均为 图 3 巷道断面呼吸带高度粉尘质量浓度沿程变化 Fig． 3 Dust mass concentration variations of the cross section along the roadway at breathing height 沿程急剧上升，达到最大值后，捕捉壁面粉尘质量浓 度逐步下降至 5 mg·m － 3 左右，反弹壁面粉尘质量浓 度则在一定范围内上下波动，并最终保持在 25 mg· m － 3 左右． ( 2) 在不同皮带运输速度条件下，皮带运 输速度越小，粉尘质量浓度越低． 在低运行速度区 域，粉尘质量浓度受皮带运输影响较弱． 皮带运输 速度为 2. 5 m·s － 1 时，人行道粉尘质量浓度最大值比 3. 15 m·s － 1 时低 70 mg·m － 3 左右，比 2 m·s － 1 时仅高 15 mg·m － 3 左右． 在实际生产过程中，既要使皮带保 持较高的矿石输送能力，以保证完成繁重的生产任 务，又要将粉尘质量浓度控制在一个较低的范围，综 合考虑，皮带运输速度可设定为 2. 5 m·s － 1 ． ( 3) 当 风速小于 3 m·s － 1 时，随着风速的增大，粉尘质量浓 度逐步降低; 当风速大于 3 m·s － 1 时，随着风速的增 大，粉尘质量浓度逐步升高; 当风速为 3 m·s － 1 时，粉 尘质量浓度达到最低值，整 体 保 持 在 3 mg·m － 3 以内． 图 4 不同壁面条件下粉尘质量浓度沿程变化 Fig． 4 Dust mass concentration variations along the roadway under different wall conditions 3 现场实测数据及分析 3. 1 粉尘粒径分析 在 40# 皮带运输巷道现场沿程取五个样本，通 ·979·