岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟

发布时间：2020-02-11 09:50

【摘要】：为了解决岩巷综掘工作面粉尘质量浓度超标的问题,对比分析已制定的通风除尘系统布置方案,以薛村矿南翼皮带运输巷为背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型(DPM)对岩巷综掘工作面通风除尘系统进行数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析,模拟结果与实测数据基本一致.研究表明:粉尘颗粒自尘源产生后,纵向随风流方向运动,横向随机扩散;掘进巷道内粉尘质量浓度沿程先急剧上升至最大值,后逐步缓慢降低;通风除尘系统布置方案中,降尘效果按优劣排序为二者同时安装、安装附壁风筒、安装除尘器、压入式通风.根据现场实测数据,以压入式通风条件为基准,安装附壁风筒、安装除尘器及二者同时安装条件下平均除尘率分别为49.4%、67.1%及86.2%.
【图文】：

矢量图,综掘工作面,风流速度,岩巷

行模拟．首先通过计算连续相获得风流流场的速度、湍流动能等基本信息，再在拉格朗日坐标下采用随机轨道模型对单个粉尘颗粒进行轨道积分，得到单个颗粒的运动轨迹．通过大批量地跟踪粉尘颗粒轨道就可以统计出粉尘质量浓度分布情况，最终求解出岩巷综掘工作面通风除尘系统的除尘效果［7－15］．3数值模拟结果及分析3.1风流流动规律及分析为了研究岩巷综掘工作面在压入式通风条件下，以及安装附壁风筒、抽风除尘系统后风流流动情况的变化，针对不同现场条件，通过查看矢量图，得出掘进工作面风流速度矢量v分布如图2所示．图中4种状态依次分别为压入式通风、安装附壁风筒、安装除尘器以及二者同时安装情况下掘进工作面风流速度矢量分布．从图2可以看出:1)压入式通风条件下，风流自巷道右帮风筒出风口高速喷射而出，，在前方迎头的阻碍下转向巷道左帮，并以较大的速度向巷道后方区域扩散，风流主要集中在左侧人行道区域，风流速度场分布极为不均．2)加入附壁风筒后，其前端的锥形出风口流出的少量风流，与压入式风筒前端射流作用相似，能在迎头附近区域形成逆时针旋转的涡流;附壁风筒狭缝流出的大量风流在巷道断面的影响下，在掘进机司机前方区域内形成一道逆时针旋转的风墙，风流速度场分布比较均匀．3)安装除尘器后，系统前端3个吸风口在除尘器负压的作用下，将迎头附近高速旋转的风流汇集，并通过除尘器排出，在除尘器后方形成二次高速射流，巷道内风流速度场分布较为紊乱．4)同时安装附壁风筒及除尘器，巷道内风流流场兼有二者独立作用时的优缺点，掘进机司机前方区域流场分布比较均匀，后方区域由于除尘器出风口的二次高速射流作用，流场分布较为紊乱．!"#!"#$%&!$#’()*+!%#%&,-+.!&#%&/01!2’()*

均匀分布,掘进巷道

尘颗粒在巷道左帮夹角处大量聚集，轨迹线路比较单一; 安装附壁风筒条件下，粉尘颗粒最大限度地均匀分布在司机前方区域内，轨迹路线较为分散; 安装除尘器条件下，粉尘颗粒在吸风口位置处大量汇聚，司机后方区域粉尘颗粒较少; 二者同时安装时，司机前方区域粉尘颗粒分布比较均匀，且司机后方颗粒极少．3) 压入式通风、安装附壁风筒、安装除尘器及二者同时安装条件下，尘源处产生的 250 个粉尘颗粒中，被捕捉数目分别为 176、238、202、250 个，其对应的最长停留时间分别为179、44、161、27 s．较少，粉尘质量浓度较低; 安装除尘器后，司机前方区域含尘气流在吸风口前汇聚，并经除尘器净化后排至巷道后方，其降尘效果取决于吸风口的吸风覆盖范围．3) 司机位置处( 距迎头约为 8 m)及其后方区域粉尘质量浓度值的大小，是判断降尘效果优劣的重要指标，由图 4 可知，距迎头 8 m外巷道区域内，各条件下粉尘质量浓度值分别保持在 400、100、300、20 mg/m3以内，可见同时安装附壁风筒及除尘风机时降尘效果最好．!$#’()*+!’!()*+,-#

【参考文献】