综采工作面呼吸性粉尘分布规律的数值模拟研究

摘要

粉尘在煤矿井下生产过程中产生于多个作业环节，并严重危害着井下作业人员的安全和健康，其中呼吸性粉尘（呼尘）特别是PM2.5粉尘对人体的危害最大。综采工作面作为主要的产尘区域之一，在采煤机内外喷雾正常工作，工作面没有其他降尘措施的情况下，其风流中呼尘含量通常远高于《煤矿安全规程》的要求。因此，掌握呼尘的分布规律，对制定更高效的除降尘措施有着重要的意义。
　　本文以蒲白矿务局朱家河煤矿14618综采工作面为研究对象，建立了三维几何模型，划分了计算网格；以气固两相流理论为基础，建立了Euler-Lagrange框架下的呼尘在综采工作面中随风流运动的DPM模型，选择雷诺平均法中的Realizable k-ε模型作为湍流流场的模拟方法；应用SIMPLEC算法作为气固两相流动的数值解法，使用Fluent软件作为计算平台对综采工作面呼尘运动分布情况进行了数值模拟，并与现场实测数据进行了对比验证。
　　对模拟结果分析得出，由于呼尘难以沉降且易随风流扩散的特性，无论逆风或顺风截割时，在人行道呼吸带处呼尘浓度均是从采煤机机身及支架移架处开始向下风向逐渐升高，因此，提出应将采煤机上下风向10m的范围内以及移架处作为除降尘的重点区域。
　　最后通过改变风流速度，对比了几种风速下的呼尘浓度分布情况，综合多种因素，提出了在该工作面中有利于将对人行道呼吸带处呼尘浓度控制在较低水平的最优风速。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容及技术路线

2 粉尘性质及多相流理论

2.1 综采工作面粉尘的基本性质

2.2 气固两相流理论

2.3 本章小结

3 综采工作面模型建立及数值模拟

3.1 模型的建立

3.2 综采工作面风流分布的数值模拟

3.3 本章小结

4 呼吸性粉尘分布规律分析

4.1 颗粒相运动数学模型的确定

4.2 颗粒相模型的定解

4.3 呼吸性粉尘运动分布规律模拟及分析

4.4 风速对呼尘浓度分布的影响分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录