王昊，程衛(wèi)民，孫彪，于海明

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附壁風筒徑向流量比及抽塵距離對綜掘工作面隔塵風幕的影響

王昊1，2，程衛(wèi)民1，2，孫彪1，2，于海明1，2

（1山東科技大學礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東青島 266590；2山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東青島266590）

為明確附壁風筒徑向流量所占壓風總量的比例及抽風筒的抽塵距離對綜掘區(qū)域隔塵風幕形成及隔塵效果的影響，以蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為研究對象，運用Ansys CFD軟件對附壁風筒徑向流量比例為50%～90%、抽塵距離為2～5m條件下的風流運移及粉塵逸散情況進行數(shù)值模擬分析。結果顯示，徑向流量比例的增加、抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成有效隔塵風幕。針對3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面，當徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，能夠形成有效隔塵風幕并將高濃度粉塵阻隔于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，風流運移模擬結果與風流實測結果基本一致、風流流速平均相對誤差低于13%，模擬結果較為準確。最優(yōu)風幕參數(shù)條件下，距迎頭7m實測斷面處，平均總塵濃度降至18.6mg/m3，平均呼塵濃度降至8.1mg/m3，隔塵效果較為明顯。

附壁風筒；徑向流量比例；抽塵距離；風幕隔塵；數(shù)值模擬

長期以來，煤炭是我國重要的基礎能源。近年，隨著煤礦綜合機械化掘進水平的提高，綜掘作業(yè)區(qū)域粉塵污染危害也愈發(fā)突出。煤塵因其固有理化特性使之在一定濃度條件下具有燃燒爆炸危險，同時還導致長期接塵的作業(yè)人員罹患塵肺病。據(jù)統(tǒng)計，僅2000—2015年，全國就發(fā)生煤塵爆炸事故14起，致使483人遇難。與此同時，國家衛(wèi)生計生委疾病預防控制局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2014年底，國內(nèi)已累計報告職業(yè)病853662例，其中塵肺病為776300例，占全國報告職業(yè)病例數(shù)的90.94%。

通風除塵是煤礦綜掘作業(yè)廣泛采用的粉塵防治手段。國內(nèi)外學者提出，在傳統(tǒng)長壓短抽局部通風系統(tǒng)基礎上利用附壁風筒形成風幕阻隔粉塵在綜掘區(qū)域的彌散，能夠彌補傳統(tǒng)長壓短抽系統(tǒng)風筒位置及風量要求的缺陷，是行之有效的控除塵方法，并對風幕隔塵技術開展了研究及應用?，F(xiàn)有研究成果主要集中于以下4個方面：①風幕形成作用機理分析[1-3]；②附壁風筒結構改進及技術體系構建[4-6]；③單一通風條件下附壁風筒隔塵效果驗 證[7-8]；④附壁風筒現(xiàn)場應用安設位置參數(shù)優(yōu) 化[9-10]。然而，綜掘區(qū)域有效隔塵流場的形成受諸多因素影響，尤其是附壁風筒的徑向流量比例（附壁風筒徑向風量/壓風筒風流總量）以及抽風筒的抽塵距離。現(xiàn)有研究成果尚未對上述兩種因素影響下的隔塵風幕流場變化及其隔塵效果進行研究分析，導致附壁風筒的現(xiàn)場應用均憑借主觀經(jīng)驗，缺乏理論依據(jù)，應用效果欠佳。為此，本文作者以蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為研究對象，利用Ansys CFD軟件，數(shù)值模擬分析二者影響下綜掘區(qū)域隔塵風幕的流場變化及其隔塵效果，在此基礎上進行工程應用，以期能夠得到適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他綜掘工作面的風幕隔塵最優(yōu)參數(shù)，為風幕隔塵技術的合理應用提供理論借鑒。

1 數(shù)學模型

綜掘工作面風流場及粉塵場的運移均為湍流流動，基于氣粒兩相流理論及風流-粉塵流動特性，建立了能夠闡釋綜掘工作面風流場及粉塵場運移的時均方程組，見式(1)～式(5)[11-14]。

氣相連續(xù)方程

顆粒相連續(xù)方程

氣相動量方程

顆粒相動量方程

方程——湍流動能方程

2 幾何模型及邊界條件

2.1 幾何模型

為準確反映風流-粉塵流場在綜掘區(qū)域運移狀態(tài)的變化，參照蔣莊煤礦3下610綜掘工作面實際生產(chǎn)狀況，運用Solidworks軟件構建其等比例幾何模型，如圖1所示。該模型包括綜掘巷道、綜掘機、壓風筒、抽風筒、附壁風筒、橋式轉載機及膠帶輸送機7部分。其中，綜掘巷道為長35m、寬4m、高3.1m的長方體。綜掘機結構包括長6m、寬2.4m、高1.7m的長方體機體，長1.8m、直徑0.8m的圓柱體截割臂，長1.2m、直徑1m的截割頭，底盤。壓風筒及抽風筒均為直徑0.6m、中軸線距底板2.1m的圓柱體，壓風筒的軸向出風口距迎頭10m，抽風筒的抽風口分別距迎頭2～5m。附壁風筒根據(jù)實物分別設置A、B兩種類型的徑向出風條隙（A類型徑向出風條隙——將半圓筒體三等分，取邊側兩道開弧長為π/3、寬0.05m的孔隙；B類型徑向出風條隙——將半圓筒體五等分，取邊側兩道及中間一道弧長為π/5、寬0.05m的孔隙）。轉載機及輸送機均設置于綜掘機機體后部。圖1中，坐標方向表示由巷道末端指向迎頭，方向表示由巷道底板指向頂板，方向表示由巷道壓風側指向抽風側。

2.2 邊界條件

將不同抽塵距離的3下610綜掘工作面幾何模型導入Ansys CFD軟件劃分網(wǎng)格并在Ansys Fluent中設置基本邊界條件，如圖2所示。將壓風筒軸向出風口，附壁風筒徑向出風條隙，抽風筒抽塵口定義為VELOCITY_INLET，綜掘巷道末端斷面定義為PRESSURE_OUTLET，綜掘迎頭定義為Dust Source，其他面均定義為standard WALL。

經(jīng)實測，3下610綜掘工作面壓風量約為250m3/min，除塵風機額定處理風量為400m3/min。為確保附壁風筒徑向出風條隙的出風量能夠在巷道內(nèi)形成有效徑向風流場，并仍有部分風流由壓風筒軸向出風口吹出以排除迎頭有毒有害氣體，設置附壁風筒徑向流量比例為50%～90%。根據(jù)徑向流量比例的設置，分別對附壁風筒的徑向出風條隙及壓風筒的軸向出風口賦予不同的風量參數(shù)，具體參數(shù)設置如表1所示，抽風筒抽塵風速固定為23.58m/s。

3 數(shù)值模擬分析

結合3下610綜掘工作面實際工況，通過上述數(shù)學及幾何模型的建立，運用Ansys-Fluent軟件對不同附壁風筒徑向流量比例（50%～90%）及不同抽塵距離（2～5m）作用下的風流運移及粉塵逸散情況進行模擬分析。

圖1 3下610綜掘工作面幾何模型

圖2 幾何模型網(wǎng)格及其邊界條件

表1 軸向及徑向風量、風速參數(shù)設置

3.1 綜掘工作面風流運移模擬結果

為掌握風流由附壁風筒吹出后的流動狀態(tài)，截取附壁風筒前部距迎頭不同距離巷道斷面內(nèi)風速矢量模擬結果進行對比分析。如圖3所示，部分風流由附壁風筒的徑向出風條隙朝向巷道頂板、抽風側巷道壁及巷道底板方向吹出，在附壁效應作用下形成具有一定速度且能夠覆蓋巷道斷面空間的多徑向旋流風幕。抽塵口的負壓作用使得旋流風幕向綜掘區(qū)域軸向運移，在此過程中其旋流特性不斷衰弱、風流速度不斷降低、風流方向開始由徑向逐漸轉變?yōu)檩S向。

為明確徑向流量比例及抽塵距離對綜掘區(qū)域風幕狀態(tài)的影響，單獨列出了不同參數(shù)條件下距迎頭5m、7m縱斷面及距底板2.1m橫斷面內(nèi)的風流矢量模擬結果進行對比分析，如圖4、圖5及表2所示。

圖3 不同斷面內(nèi)旋流風流場運移狀態(tài)

圖4 不同參數(shù)條件下距迎頭5m、7m斷面內(nèi)風流矢量模擬結果

圖5 不同參數(shù)條件下風筒中軸線所處橫斷面風流矢量模擬結果

表2 不同參數(shù)條件下綜掘區(qū)域不同斷面內(nèi)風流場狀態(tài)

（1）附壁風筒徑向流量比例增大，則壓風筒軸向出風口形成的軸向射流強度降低、流量減小，高速射流對其外部流體的卷吸作用減弱，使得相同抽塵距離條件下，抽風負壓對綜掘區(qū)域內(nèi)流體運移狀態(tài)的控制能力增強。與此同時，徑向流量的增加有利于形成速度較高且充分覆蓋巷道斷面的多徑向旋流風幕，阻擋了巷道后部作業(yè)空間產(chǎn)塵在抽風負壓作用下向迎頭方向的擴散。如圖4及圖5(a)、圖5(b)所示，抽塵距離為2m、徑向流量比例為50%時，綜掘區(qū)域內(nèi)，壓風側為指向迎頭的軸向射流，周圍流體受射流卷吸作用流向并匯入射流場，風流分布不均。壓風側風速明顯高于抽風側，距迎頭7m斷面內(nèi)平均風速范圍為0.64～5.17m/s；當徑向流量比例增至90%時，綜掘區(qū)域內(nèi)風流呈指向迎頭的軸向流動，并在距迎頭5.7m的空間范圍內(nèi)形成了風流狀態(tài)穩(wěn)定、風流方向均指向綜掘迎頭、風流速度及流量分布均勻的有效軸向隔塵風流場即軸向隔塵風幕，距迎頭7m斷面內(nèi)平均風速范圍降至0.51～1.12m/s。

（2）抽塵距離增加，則抽風負壓對綜掘區(qū)域內(nèi)風流場的有效作用距離減小，這將導致相同徑向流量比例條件下，軸向射流場擴散邊界與迎頭間距離隨之增大。當軸向射流場風量及射流強度不足以到達迎頭時，綜掘迎頭范圍內(nèi)將逐漸形成風流流量低、風流速度小、風流方向紊亂的“隔塵流場盲區(qū)”，該盲區(qū)范圍隨抽塵距離及徑向流量比例的增加而逐漸擴大，不利于形成有效的軸向隔塵風幕。如圖5(c)、圖5(d)所示，徑向流量比例為90%，抽塵距離為4m時，壓風筒軸向射流尚未運移至綜掘迎頭，便在抽風負壓作用下擴散至抽風口處。綜掘迎頭范圍內(nèi)僅有少量低速紊亂風流，形成了距迎頭約3m范圍的“隔塵流場盲區(qū)”，此時隔塵風幕位于距迎頭7m位置；當抽塵距離進一步增至5m時，盲區(qū)增至距迎頭4m范圍，風幕與迎頭間距離增大至8m。

綜上所述可知，附壁風筒徑向流量比例的增加、抽風筒抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成軸向隔塵風流場，當徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2～3m，以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為4～5m時，均可在綜掘區(qū)域內(nèi)形成有效隔塵風幕。但后者在綜掘迎頭形成了明顯的低風速、低風量的“隔塵流場盲區(qū)”，不利于迎頭有毒有害氣體的排除，對綜掘作業(yè)造成一定程度的安全 威脅。

3.2 綜掘工作面粉塵逸散模擬結果

在綜掘工作面不同徑向流量比例及抽塵距離條件下風流運移數(shù)值模擬基礎上，添加粉塵源進行粉塵逸散數(shù)值模擬分析。密度為2.1g/cm3的煤塵顆粒由綜掘迎頭噴射進入巷道空間，煤塵顆粒呈Rosin-Rammler分布，最大塵粒粒徑為26.9μm，最小塵粒粒徑為0.85μm，塵粒中位粒徑為4.35μm。綜掘工作面粉塵在風流作用下的逸散模擬結果如圖6所示，圖中彩色線條為粉塵流線，對應“速度”彩虹數(shù)值柱，彩色云圖為高濃度粉塵團，對應“濃度”彩虹數(shù)值柱。不同參數(shù)條件下的粉塵逸散距離如圖7所示。

圖6 不同參數(shù)條件下粉塵逸散模擬結果

隨徑向流量比例的增加，綜掘區(qū)域風流場逐步趨于均勻穩(wěn)定，使得相同抽塵距離條件下，粉塵逸散距離隨之降低。如圖6(a)、圖6(b)所示，抽塵距離為2m，徑向流量比例為50%時，受較高強度軸向射流影響，綜掘區(qū)域風流場紊亂，粉塵在風流攜帶作用下60s內(nèi)逸散至距迎頭14.6m空間范圍內(nèi)。當徑向流量比例增至90%時，綜掘區(qū)域形成了有效隔塵風幕，隔塵風幕運移方向恰好與粉塵逸散方向相反，使得高濃度粉塵在風幕作用下集中于迎頭區(qū)域，逸散距離大幅降至5.8m。

圖7 不同參數(shù)條件下粉塵逸散距離

抽塵距離的增加，不利于在綜掘區(qū)域形成有效隔塵風幕，同時還會產(chǎn)生一定范圍的“隔塵流場盲區(qū)”，導致相同徑向流量比例條件下，粉塵逸散距離隨抽塵距離的增加而增大。如圖6(c)、圖6(d)所示，徑向流量比例為70%、抽塵距離為2m時，綜掘區(qū)域風流場趨于均勻穩(wěn)定，此時的粉塵逸散距離為11.2m。當抽塵距離增至5m時，距迎頭3.7m范圍內(nèi)存在“隔塵流場盲區(qū)”，粉塵逸散距離快速增至16m。

綜上所述可知，當徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，高濃度粉塵在隔塵風幕的阻隔作用下，能夠集中于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)，為適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面的最優(yōu)風幕隔塵參數(shù)。

4 工程應用

蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為煤巷綜掘面，現(xiàn)場實測瓦斯平均絕對涌出量為0.07m3/min、二氧化碳平均絕對涌出量為0.1m3/min，有毒有害氣體產(chǎn)量較低。3下610綜掘工作面實際生產(chǎn)過程中，采用長壓短抽式局部通風系統(tǒng)，安設FBD NO5.6-2×15kW對旋局部壓入式通風機、KCS-400D型濕式除塵風機。附壁風筒直徑0.6m，兩端分別與壓風筒相連接，設置于距迎頭20m的頂板位置，濕式除塵風機安設于附壁風筒后部巷道空間，距迎頭約30～35m，現(xiàn)場裝配如圖8所示。

為驗證徑向流量比例及抽塵距離對風幕隔塵影響的數(shù)值模擬結論，同時掌握附壁風筒在不同通風參數(shù)條件下的實際應用效果，分別對徑向流量比例為50%、80%、90%，抽塵距離為2m、5m條件下3下610綜掘工作面內(nèi)風流運移及粉塵逸散情況進行實測分析。

圖8 現(xiàn)場裝配示意圖

在3下610綜掘工作面現(xiàn)場距迎頭5m、7m斷面空間內(nèi)設置如圖9所示，在、、3個測點分別實測風流流向及流速，同時在測點處設置粉塵采樣器獲取粉塵濃度。其中，、測點位于作業(yè)人員呼吸高度，測點位于綜掘司機作業(yè)高度?，F(xiàn)場風流實測結果與數(shù)值模擬結果對比如表3所示，表中“s”表示數(shù)值模擬風速方向及大小，“m”表示現(xiàn)場實測風速方向及大小，“Δ”表示模擬風速值與現(xiàn)場實測風速值間的相對誤差，“¤”表示風流指向迎頭方向，“?”表示風流指向巷道末端，“↑”表示風流由巷道底板指向頂板，“←”表示風流由抽風側指向壓風側，“→”表示風流由壓風側指向抽風側?，F(xiàn)場粉塵逸散實測結果如表4所示。

圖9 現(xiàn)場實測測點布置

通過表3、表4數(shù)據(jù)分析可知，數(shù)值模擬得到的不同斷面測點位置風流流向與實測風流流向基本一致，風流運移數(shù)值模擬結果與實測風流流速平均相對誤差低于13%，說明數(shù)值模擬結果是較為準確的。粉塵逸散實測結果顯示，徑向流量比例的增加和抽塵距離減小，粉塵逸散距離隨之降低，相同測點位置的總塵及呼塵濃度均隨之減小。徑向流量比例為80%、90%，抽塵距離為2m時，距迎頭7m實測斷面內(nèi)風流流向均為指向迎頭的軸向方向，說明該條件下在綜掘區(qū)域形成了有效的隔塵風幕。

根據(jù)粉塵濃度實測數(shù)據(jù)，徑向流量比例為80%～90%，抽塵距離為2m時，距迎頭7m實測斷面內(nèi)，總塵濃度分別降至22.9mg/m3及14.2mg/m3，呼塵濃度分別降至9.7mg/m3及6.4mg/m3，平均總塵及呼塵濃度分別為18.6mg/m3及8.1mg/m3。說明在隔塵風幕作用下，高濃度粉塵已被阻隔在迎頭范圍內(nèi)并通過濕式除塵風機高效抽出凈化，隔塵效果較為顯著。

5 結論

（1）徑向流量比例的增加、抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成軸向隔塵風流場，當徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2～3m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為4～5m時，均可在綜掘區(qū)域內(nèi)形成有效隔塵風幕。但后者在綜掘迎頭形成了明顯的低風速、低風量的“隔塵流場盲區(qū)”，不利于迎頭有毒有害氣體的排除，對綜掘作業(yè)造成一定程度的安全威脅。

（2）當徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，高濃度粉塵在隔塵風幕的阻隔作用下，能夠集中于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)，為適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面的最優(yōu)風幕隔塵參數(shù)。

（3）通過現(xiàn)場實測與數(shù)值模擬結果對比分析可知，數(shù)值模擬結果與實測風流流向基本一致，與實測風流流速平均相對誤差低于13%，說明數(shù)值模擬結果是較為準確的。當徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2m時，在隔塵風幕作用下，距迎頭7m實測斷面內(nèi)，平均總塵濃度已降至18.6mg/m3，平均呼塵濃度降至8.1mg/m3，隔塵效果較為顯著。

表3 風流運移數(shù)值模擬結果與現(xiàn)場實測對比

表4 粉塵逸散實測結果

[1] 程衛(wèi)民，王昊，聶文，等. 壓抽比及風幕發(fā)生器位置對機掘工作面阻塵效果的影響[J]. 煤炭學報，2016，41（8）：1976-1983.

CHENG Weimin，WANG Hao，NIE Wen，et al. Impact of pressure pumping ratio and location of air curtain generator on the dust resistance effect in fully mechanized workface[J]. Journal of China Coal Society，2016，41(8)：1976-1983.

[2] 聶文，程衛(wèi)民，周剛. 綜掘工作面壓風氣幕形成機理與阻塵效果分析[J]. 煤炭學報，2015，40（3）：609-615.

NIE Wen，CHENG Weimin，ZHOU Gang. Formation mechanism of pressure air curtain and analysis of dust suppression’s effects in mechanized excavation face[J]. Journal of China Coal Society，2015，40（3）：609-615.

[3] 秦躍平，張苗苗，崔麗潔，等. 綜掘工作面粉塵運移的數(shù)值模擬及壓風分流降塵方式研究[J]. 北京科技大學學報，2011，33（7）：790-794.

QIN Yueping，ZHANG Miaomiao，CUI Lijie，et al. Removal modes with the forced ventilation shunt in a fully mechanized workface[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing，2011，33（7）：790-794.

[4] 聶文，馬驍，程衛(wèi)民，等. 通風條件對綜掘面控塵氣幕的影響[J]. 中國礦業(yè)大學學報，2015，44（4）：630-636.

NIE Wen，MA Xiao，CHENG Weimin，et al. Ventilation conditions’ influences on the dust control air curtain at fully mechanized heading face[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2015，44（4）：630-636.

[5] NIE Wen，CHENG Weimin，HAN Li，et al. Simulation on dissolute and dust dispersion in comprehensive mechanized heading face with forced-exhaust ventilation[J]. Journal of Coal Science and Engineering（China），2011，17（3）：298-304.

[6] ZHANG Shizhai. Experimental study on performance of contra-rotating axial flow fan[J]. International Journal of Coal Science & Technology，2015，2（3）：232-236.

[7] 程衛(wèi)民，聶文，姚玉靜，等. 綜掘工作面旋流氣幕抽吸控塵流場的數(shù)值模擬[J]. 煤炭學報，2011，36（8）：1342-1348.

CHENG Weimin，NIE Wen，YAO Yujing，et al. Numerical simulation on the flow field of swirling flow air curtain aspiration control dust in fully mechanized workface[J]. Journal of China Coal Society，2011， 36（8）：1342-1348.

[8] CHEN Shiqiang，WANG Haiqiao，LI Yiqun，et al. Theoretical and numerical analysis of coal dust separated by centrifugal force for working and heading faces[J]. International Journal of Coal Science & Technology，2014，1（3）：338-345.

[9] 聶文，程衛(wèi)民，陳連軍，等. 旋流風幕擾動硬巖綜掘面風-塵流場數(shù)值模擬[J]. 中國安全科學學報，2014，24（3）：120-125.

NIE Wen，CHENG Weimin，CHEN Lianjun，et al. Numerical simulation of swirl air cuitain disturbed air-dust flowing field at hard rock fully mechanized workface[J]. China Safety Science Journal，2014，24（3）：120-125.

[10] 聶文，魏文樂，劉陽昊，等. 軸向壓及徑向旋流風幕的形成與隔塵仿真[J]. 浙江大學學報（工學版），2016，50（9）：1730-1737.

NIE Wen，WEI Wenle，LIU Yanghao，et al. Simulation on formation and dust separation of axial pressure and radial whirl air curtain[J]. Journal of Zhejiang University（Engineering Science），2016，50（9）：1730-1737.

[11] 王曉珍，蔣仲安，王善文，等. 煤巷掘進過程中粉塵濃度分布規(guī)律的數(shù)值模擬[J]. 煤炭學報，2007，32（4）：386-390.

WANG Xiaozhen，JIANG Zhongan，WANG Shanwen，et al. Numerical simulation of distribution regularities of dust concentration during the ventilation process of coal roadway driving[J]. Journal of China Coal Society，2007，32（4）：386- 390.

[12] NAZIF H R，BASIRAT T. Development of boundary transfer method in simulation of gas-solid turbulent flow of a riser[J]. Applied Mathematical Modeling，2013，37（4）：2445-2459.

[13] 朱傳杰，林柏泉，江丙友，等. 基于歐拉-歐拉方法的沖擊波揚塵特征及其影響因素[J]. 中國礦業(yè)大學學報，2012，41（5）：733-738.

ZHU Chuanjie，LIN Baiquan，JIANG Bingyou，et al. Dust lifting behind a shock wave：analysis based on the E-E method[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2012，41（5）：733-738.

[14] KURNIA J C，SASMITO A P，MUJUMDAR A S. Dust dispersion and management in underground mining faces[J]. International Journal of Mining Science and Technology 2014，24（1）：39-44.

[15] MAJID E G，ATAALLAH S G，ALIREZA A S. Simulation of a semi-industrial pilot plant thickener using CFD approach[J]. International Journal of Mining Science and Technology，2013，23（1）：63-68.

[16] 劉榮華，王海橋，施式亮，等. 壓入式通風掘進工作面粉塵分布規(guī)律研究[J]. 煤炭學報，2002，27（3）：233-236.

LIU Ronghua，WANG Haiqiao，SHI Shiliang，et al. Study on regularity of dust distributing in heading face with forced ventilation[J]. Journal of China Coal Society，2002，27（3）：233-236.

[17] 蔣仲安，閆鵬，陳舉師，等. 巖巷掘進巷道長壓短抽通風系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J]. 煤炭科學技術，2015，43（1）：54-58.

JIANG Zhongan，YAN Peng，CHEN Jushi，et al. Optimization on parameters of long distance forced and short distance ventilation system in mine rock heading roadway[J]. Coal Science and Technology，2015，43（1）：54-58.

The effects of wind-splitting of a wall-attached air duct and dust exhaust distance on dust barrier air curtain in a fully mechanized working face

WANG Hao1，2，CHENG Weimin1，2，SUN Biao1，2，YU Haiming1，2

（1State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-found by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，Shandong，China；2College of Mining and Safety Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，Shandong，China）

To clarify the effects of wind-splitting ratio of a wall-attached air duct and dust exhaust distance on the air curtain formation and dust barrier effectiveness in the fully mechanized working area，3down610 fully mechanized working face in Jiangzhuang coal mine was developed. The airflow migration and dust diffusion for various wind-splitting ratios （50%—90%） and dust exhaust distances （2—5m）were numerically simulated by Ansys CFD. The results showed that the increase of wind-splitting ratio and decrease of dust exhaust distance are both conducive to the formation of effective dust barrier air curtain. For 3down610 fully mechanized working face and those working faces with similar production conditions，an effective dust barrier air curtain can be formed under the parameters of both the wind-splitting ratio-80% with dust exhaust distance-2m and wind-splitting ratio-90% with dust exhaust distance-2—3m. For these parameters，the high concentration dust can be blocked within the area 7.5m from the working face. The measured results indicate that simulation results generally agree with each other in terms of air flow direction，the average relative error of air flow velocity is less than 13%. By applying the optimal parameters，the average total dust concentration and average respiratory dust concentration in measured section 7m away from the working face are decreased to 18.6mg/m3and 8.1mg/m3，respectively. It demonstrates that the dust barrier effect is significant.

wall-attached air duct；wind-splitting ratio；dust exhaust distance；air curtain dust barrier；numerical simulation

TD714.4

A

1000-6613（2017）10-3610-09

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0695

2017-04-19；

2017-06-13。

國家自然科學基金煤炭聯(lián)合基金重點項目（U1261205）、國家自然科學基金青年基金（51404147）、中國博士后科學基金第57批面上一等項目（2015M570601）及研究生科技創(chuàng)新項目（SDKDYC170101）。

王昊（1990—），男，博士研究生，從事礦井粉塵災害防治方面研究。E-mail：wanghao1990_andy@163.com。

程衛(wèi)民，教授，博士生導師，從事礦井災害預測與防治方向的研究。E-mail： chengmw@163.com。