侯寶月

1 概況

同忻礦為千萬噸礦井，礦井巷道布置方式為斜、立混合開拓，盤區(qū)巷道布置；開采方式為單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采；通風(fēng)方式為分區(qū)式通風(fēng)；主運(yùn)輸方式為帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸方式為無軌膠輪車運(yùn)輸。主斜井傾角5°8'，斜長4661.35m，凈寬4800mm。主要擔(dān)負(fù)全礦井的煤炭提升任務(wù)，并兼作安全出口和入風(fēng)井。裝備ST4500型鋼繩芯帶式輸送機(jī)，皮帶寬度1800mm，運(yùn)輸能力4800t∕h。

風(fēng)速直接影響皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵濃度和運(yùn)移范圍。風(fēng)速減小，粉塵濃度增加；風(fēng)速增大，粉塵濃度降低，但粉塵的運(yùn)移范圍也變大［1］。皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵的主要來源為：轉(zhuǎn)載點(diǎn)碎煤由高處皮帶落向低處皮帶時(shí)因高度差引起與空氣的對(duì)沖和低處皮帶碰撞產(chǎn)生的粉塵；進(jìn)風(fēng)流與皮帶上運(yùn)輸碎煤對(duì)沖揚(yáng)起的粉塵；破碎機(jī)破碎煤塊時(shí)產(chǎn)生的粉塵［2］-［3］。本文結(jié)合同忻礦主斜井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過風(fēng)流速度對(duì)粉塵風(fēng)力輸運(yùn)影響數(shù)值模擬，得到了轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵運(yùn)移規(guī)律及合理的防治措施。

2 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵運(yùn)移影響數(shù)值模擬及結(jié)果分析

根據(jù)同忻礦主斜井的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵運(yùn)移影響數(shù)值模擬的基本參數(shù)如下：主斜井巷道模型長100m，高4.3m和風(fēng)流速度分別為1m∕s、1.5m∕s、2m∕s。

2.1 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=1s）

下料口開始放煤1s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖1所示，煤塵在下料口逆風(fēng)方向存在一定區(qū)域的擴(kuò)散，順風(fēng)方向存在一個(gè)較強(qiáng)的向上卷吸現(xiàn)象。逆風(fēng)的擴(kuò)散，是由于煤塊放出的過程中煤塊的下落具有一定的角度，且具有一定的速度，以及隨著煤塊下落沖擊出的氣流等也具有一定方向和大小的速度，導(dǎo)致下料口附近氣流流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生湍流，使得煤塵獲得了一個(gè)具有逆風(fēng)運(yùn)移的速度所導(dǎo)致；粉塵順風(fēng)漂移并卷吸的可能原因是巷道風(fēng)流的風(fēng)力夾帶作用，導(dǎo)致顆粒較小質(zhì)量相對(duì)較輕的粉塵顆?？梢皂橈L(fēng)運(yùn)動(dòng)和向上漂移。

圖1 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=1s）

2.2 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=5s）

下料口放煤5s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖2所示。

圖2 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=5s）

隨著落煤的持續(xù)，粉塵向遠(yuǎn)離下料口的方向大量擴(kuò)散，并且擴(kuò)散過程中粉塵沿著整個(gè)巷道斷面向上下擴(kuò)散的更加均勻和廣闊。對(duì)比圖中風(fēng)速分別為1，1.5，2m∕s的情況，巷道風(fēng)流速度越大，粉塵擴(kuò)散的范圍越廣。結(jié)合圖1，在逆風(fēng)方向上粉塵（下料口逆風(fēng)方向的斑點(diǎn)區(qū)域）的逆風(fēng)擴(kuò)散與巷道風(fēng)流速度有一定關(guān)系，風(fēng)流速度越小粉塵在下料口逆風(fēng)漂移量和范圍越大［4］。

2.3 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=10s）

下料口放煤10s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖3所示，對(duì)比風(fēng)速為1、1.5、2m∕s粉塵在巷道內(nèi)的分布情況，如前所述，風(fēng)速越小粉塵在逆風(fēng)方向擴(kuò)散的范圍越廣，逆風(fēng)方向一定范圍內(nèi)的粉塵濃度隨著風(fēng)速的降低而減少；同時(shí)在順風(fēng)方向，風(fēng)速越大，粉塵擴(kuò)散的越明顯。對(duì)比巷道高度方向可以發(fā)現(xiàn)，距離下料口30m范圍內(nèi)，除去底板附近區(qū)域，離頂板越近粉塵的濃度越小，粉塵的擴(kuò)散存在優(yōu)先在距離底板一定高度向上擴(kuò)散的趨勢(shì)［5］。

圖3 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=10s）

2.4 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=20s）

下料口放煤20s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖4所示，研究區(qū)域內(nèi)，風(fēng)速越低遠(yuǎn)離下料口的順風(fēng)方向處的粉塵濃度越高，主要原因在于風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)流對(duì)粉塵的風(fēng)力輸運(yùn)過程較為強(qiáng)烈，在塵源的產(chǎn)塵強(qiáng)度不變，風(fēng)流和產(chǎn)塵都持續(xù)發(fā)生的情況下，大風(fēng)速對(duì)粉塵的輸運(yùn)能力更強(qiáng)，能將在此時(shí)期內(nèi)所產(chǎn)生的粉塵大量地向更遠(yuǎn)處輸送，而風(fēng)速較低時(shí)則不具備這個(gè)條件和能力，由此可見提高風(fēng)速可以起到降低粉塵危害的作用，但風(fēng)速的提高同時(shí)也會(huì)帶來粉塵污染區(qū)域的擴(kuò)大，所以提高風(fēng)速的同時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)牟扇袷匠龎m等其他除塵措施。

圖4 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=20s）

2.5 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=30s）

圖5 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=30s）

下料口放煤30s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖5所示。與以上各圖基本具有相似的趨勢(shì)，突然降低風(fēng)速或局部出現(xiàn)風(fēng)流斷路等現(xiàn)象時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該處的粉塵大量積聚，構(gòu)成較為嚴(yán)重的粉塵危害。

2.6 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=40s）

圖6 風(fēng)速在1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=40s）

下料口放煤40s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖6所示。圖中存在一個(gè)與圖5類似的現(xiàn)象，即在順風(fēng)方向遠(yuǎn)離下料口15m以外的區(qū)域粉塵濃度在巷道高度方向的分布更加均勻，這也說明隨著粉塵擴(kuò)散和運(yùn)移時(shí)間的延續(xù)在距離塵源一定范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)粉塵的相對(duì)均勻部分或分布的不規(guī)則性大大降低［6］。

2.7 風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=50s）

圖7 風(fēng)速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響（t=50s）

下料口放煤50s時(shí)，風(fēng)速對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)下料口粉塵運(yùn)移的影響如圖7所示。與圖6對(duì)比顯示，在風(fēng)速相同的情況下這兩個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)時(shí)粉塵在研究區(qū)域內(nèi)的分布沒有較大差別［7］-［8］。

3 結(jié)論

（1）下料口落煤初期，落煤口順風(fēng)側(cè)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的粉塵向上卷吸現(xiàn)象，同時(shí)還存在著逆風(fēng)側(cè)粉塵的逆風(fēng)擴(kuò)散；風(fēng)流速度越小，粉塵的逆風(fēng)擴(kuò)散越強(qiáng)，但順風(fēng)卷吸變?nèi)酢?/p>

（2）順風(fēng)方向距離落煤口15m以內(nèi)范圍內(nèi)，粉塵濃度存在明顯的下高上低現(xiàn)象，風(fēng)速越低此區(qū)域內(nèi)上部的粉塵濃度越大；風(fēng)速越小，粉塵在下料口逆風(fēng)漂移的量和范圍越大；風(fēng)速越大，粉塵順風(fēng)擴(kuò)散的范圍越廣。

（3）風(fēng)速越低，遠(yuǎn)離下料口的順風(fēng)方向處的粉塵濃度越高；風(fēng)速增大，粉塵濃度降低，但粉塵的運(yùn)移范圍也變大，即提高風(fēng)速可以降低粉塵濃度，如果單獨(dú)風(fēng)流速度也會(huì)導(dǎo)致粉塵污染范圍的擴(kuò)大；如果塵源不是持續(xù)的或是塵源強(qiáng)度不大的情況下提高風(fēng)速可以起到清洗風(fēng)流，降低粉塵污染的作用，如果塵源持續(xù)且強(qiáng)度較大如主要運(yùn)輸大巷的落煤口持續(xù)放煤，這種條件下必須采取其他有效措施進(jìn)行粉塵的治理，如落煤口設(shè)置集塵罩或是噴霧除塵設(shè)施等。

（4）本文未考慮皮帶的逆風(fēng)運(yùn)行及皮帶的震動(dòng)等，如果考慮以上因素的影響，粉塵在下料口的逆風(fēng)擴(kuò)散將會(huì)更加強(qiáng)烈，且在順風(fēng)方向也會(huì)出現(xiàn)對(duì)巷道風(fēng)流的擾動(dòng)，所以都會(huì)影響粉塵的擴(kuò)散與運(yùn)移。