第6期 谭聪等：综采割煤粉尘运移影响因素的数值模拟 ·719· 速分别取为0.8、1.1、1.4、1.7和2.0ms1,模拟得 900 到人行道呼吸带粉尘质量浓度沿程分布如图4 750 ◆一滚筒转速2.0ad·s 所示 滚简转速25rws 滚筒转速3.0rds 1800 450 滚简转速35s1 1500 一◆一工作面风速0.8m· 300 1200 工作面风速1.1ms 一◆一工作面风速14m·s 心 丁作面风速17ms 900 一◆一工作面风速2.0m,s 0 20 406080100 600 距采煤机距离m 300 图5不同滚简转速下粉尘质量浓度沿程分布 Fig.5 Dust mass concentration distribution at different shearer drum 20 20 40 60 80 100 距采煤机距离m speeds 图4不同风速下粉尘质量浓度沿程分布 2.5溜子速度对粉尘分布的影响 Fig.4 Dust mass concentration distribution at different wind veloci- 以逆风割煤为例，滚筒转速为2.5rads,工作 ties 面平均风速为1.4m·s时，溜子运行速度分别为 由图4可得：随着风速的增加，采煤机附近粉尘 1.1、L.3、1.5和1.7ms-1时，溜子上方0.5m处粉 高浓度区域空间变大，特别是当风速达到2.0m·s1 尘质量浓度沿程变化如图6所示 时，粉尘质量浓度峰值明显变大.这是由于随着风 900 速增加，扬尘作用愈加明显，粉尘质量浓度随之变 ◆ 溜子速度11ms 溜子速度13ms1 大.从0.8到1.4ms1,达到稳定状态时粉尘质量 750 溜子速度15ms1 浓度逐渐降低；1.4m·s1以上，稳定时粉尘质量浓 是600 溜子速度17m·s1 450 度又逐渐变大.这是由于当风速小于某一值时，随 着风速的增加，加快了工作面粉尘的排除：但风速超 300 过该值时，随着风速的增加，不仅大大增加了产尘 150 量，而且对粉尘沉降作用的影响愈加明显，造成粉尘 20 20 40 60 80 100 质量浓度又开始增大.故把该值定位工作面粉尘控 距采煤机距离m 制最优风速.该矿井为低瓦斯矿井，对于该工作面， 图6不同溜子速度粉尘质量浓度沿程分布 有利于排尘降尘的最优风速为1.4m·s1,满足瓦斯 Fig.6 Dust mass concentration distribution at different scraper- trough conveyer speeds 排放的要求.对于高温、高湿、高瓦斯等环境复杂的 综采面，最优排尘风速可作为工作面需风量计算的 分析图6可得：在工作面风速为1.4m·s-,滚 一个考量因素，从而为制定更加合理的通风量提供 筒转速为2.5rads-1时，溜子速度在1.5ms-1以下 理论参考 时，溜子运行对粉尘质量浓度的影响不是很明显 2.4滚筒转速对粉尘分布的影响 当溜子速度大于工作面风速时，影响较为明显.因 以逆风割煤为例，工作面平均风速为1.4m· 此，在满足生产需求的情况下，溜子的运行速度应尽 s-1,溜子速度为1.3ms1,滚筒转速分别取为2.0、 量与工作面风速一致，以最大限度的降低溜子运行 2.5、3.0和3.5rad·s-1时，人行道呼吸带高度粉尘 对流场的扰动，从而有利于粉尘的沉降 质量浓度沿程变化如图5所示. 2.6壁面捕捉对粉尘分布的影响 由图5可得：滚筒转速对综采工作面粉尘质量 为研究煤壁的湿润条件对粉尘质量浓度分布的 浓度分布的影响主要集中在采煤机附近，滚筒转速 影响，分别将煤壁设为捕捉壁面和反弹壁面，模拟工 越大，采煤机附近粉尘质量浓度越大.采煤机下风 作面平均风速为1.4ms-1,溜子速度为1.3ms1, 向粉尘质量浓度随着滚筒转速的增加而略有增加， 滚筒转速为2.5rad·s1时，人行道呼吸带高度粉尘 主要是由于滚筒转速增加后，尘源的产尘量也随之 质量浓度沿程变化如图7所示 增加.对于该工作面，在满足采煤生产需求的情况 分析图7可得：捕捉壁面与反弹壁面粉尘质量 下，滚筒转速不超过2.5rad·s-,最有利于粉尘 浓度分布规律相似，但捕捉壁面粉尘质量浓度较低， 防降 在采煤机下风向基本稳定在100mg"m-3左右.因第 6 期 谭 聪等: 综采割煤粉尘运移影响因素的数值模拟 速分别取为 0. 8、1. 1、1. 4、1. 7 和 2. 0 m·s － 1 ，模拟得 到人行道 呼 吸 带 粉 尘 质 量 浓 度 沿 程 分 布 如 图 4 所示． 图 4 不同风速下粉尘质量浓度沿程分布 Fig． 4 Dust mass concentration distribution at different wind veloci￾ties 由图 4 可得: 随着风速的增加，采煤机附近粉尘 高浓度区域空间变大，特别是当风速达到 2. 0 m·s － 1 时，粉尘质量浓度峰值明显变大． 这是由于随着风 速增加，扬尘作用愈加明显，粉尘质量浓度随之变 大． 从 0. 8 到 1. 4 m·s － 1 ，达到稳定状态时粉尘质量 浓度逐渐降低; 1. 4 m·s － 1 以上，稳定时粉尘质量浓 度又逐渐变大． 这是由于当风速小于某一值时，随 着风速的增加，加快了工作面粉尘的排除; 但风速超 过该值时，随着风速的增加，不仅大大增加了产尘 量，而且对粉尘沉降作用的影响愈加明显，造成粉尘 质量浓度又开始增大． 故把该值定位工作面粉尘控 制最优风速． 该矿井为低瓦斯矿井，对于该工作面， 有利于排尘降尘的最优风速为 1. 4 m·s － 1 ，满足瓦斯 排放的要求． 对于高温、高湿、高瓦斯等环境复杂的 综采面，最优排尘风速可作为工作面需风量计算的 一个考量因素，从而为制定更加合理的通风量提供 理论参考． 2. 4 滚筒转速对粉尘分布的影响 以逆风割煤为例，工作面平均风速为 1. 4 m· s － 1 ，溜子速度为 1. 3 m·s － 1 ，滚筒转速分别取为 2. 0、 2. 5、3. 0 和 3. 5 rad·s － 1 时，人行道呼吸带高度粉尘 质量浓度沿程变化如图 5 所示． 由图 5 可得: 滚筒转速对综采工作面粉尘质量 浓度分布的影响主要集中在采煤机附近，滚筒转速 越大，采煤机附近粉尘质量浓度越大． 采煤机下风 向粉尘质量浓度随着滚筒转速的增加而略有增加， 主要是由于滚筒转速增加后，尘源的产尘量也随之 增加． 对于该工作面，在满足采煤生产需求的情况 下，滚筒 转 速 不 超 过 2. 5 rad·s － 1 ，最 有 利 于 粉 尘 防降． 图 5 不同滚筒转速下粉尘质量浓度沿程分布 Fig． 5 Dust mass concentration distribution at different shearer drum speeds 2. 5 溜子速度对粉尘分布的影响 以逆风割煤为例，滚筒转速为 2. 5 rad·s － 1 ，工作 面平均风速为 1. 4 m·s － 1 时，溜子运行速度分别为 1. 1、1. 3、1. 5 和 1. 7 m·s － 1 时，溜子上方 0. 5 m 处粉 尘质量浓度沿程变化如图 6 所示． 图 6 不同溜子速度粉尘质量浓度沿程分布 Fig． 6 Dust mass concentration distribution at different scraper￾trough conveyer speeds 分析图 6 可得: 在工作面风速为 1. 4 m·s － 1 ，滚 筒转速为 2. 5 rad·s － 1 时，溜子速度在 1. 5 m·s － 1 以下 时，溜子运行对粉尘质量浓度的影响不是很明显． 当溜子速度大于工作面风速时，影响较为明显． 因 此，在满足生产需求的情况下，溜子的运行速度应尽 量与工作面风速一致，以最大限度的降低溜子运行 对流场的扰动，从而有利于粉尘的沉降． 2. 6 壁面捕捉对粉尘分布的影响 为研究煤壁的湿润条件对粉尘质量浓度分布的 影响，分别将煤壁设为捕捉壁面和反弹壁面，模拟工 作面平均风速为 1. 4 m·s － 1 ，溜子速度为 1. 3 m·s － 1 ， 滚筒转速为 2. 5 rad·s － 1 时，人行道呼吸带高度粉尘 质量浓度沿程变化如图 7 所示． 分析图 7 可得: 捕捉壁面与反弹壁面粉尘质量 浓度分布规律相似，但捕捉壁面粉尘质量浓度较低， 在采煤机下风向基本稳定在 100 mg·m － 3 左右． 因 ·719·