基于风幕控尘除尘的综掘面粉尘治理研究

为改善综掘面高浓度粉尘的工作环境，以淮北某矿的综掘面为研究对象，通过理论分析和数值模拟的方法，在混合式通风系统的基础上，安装风幕装置在综掘机前端。分析在不同工况下，综掘工作面内粉尘浓度的变化情况，研究结果表明：随着送风筒口与迎头面距离增加，呼吸带粉尘浓度也随之降低，当二者距离为25 m时，巷道后方粉尘浓度最低；风幕出口宽度增加，巷道呼吸带后方粉尘浓度相应有所降低，但出口宽度超过8 cm时，风幕射流强度减弱，受回风流影响粉尘浓度也随之增加；开启风幕后，粉尘被控制在距迎头面0~5 m内，随着初始风速的增加，风幕射流抗干扰能力得到提升，当风速为12.5 m/s时，风幕控尘效果最佳。

随着井下巷道内机械化程度的提高，掘进面内作业时产生的粉尘浓度也因此大幅增加，使其成为矿下主要污染源之一[1]。大量粉尘在迎头面产生而后向巷道后方弥散，当粉尘浓度过高时会污染井下工作环境，威胁综掘面内工作人员的生命健康安全，为粉尘爆炸事故的发生埋下隐患[2] [3] [4]。井下的主要除尘措施有湿式除尘、通风除尘等，但由于客观环境因素使得粉尘治理效果并未达到预期理想[5] [6]。

20 世纪50 年代，前苏联的谢别列夫在煤矿巷道内应用气幕装置，针对矿用气幕的理论方面进行研究，得出气幕在井下的实用效果与巷道宽度、风幕射流初始角度和安装位置等因素关系紧密。20 世纪80年代， 徐竹云[7]等人基于有效压力理论深入研究矿用气幕， 得出矿用气幕的工作能耗与相关参数的联系， 为风幕设计时选取理想结构参数提供帮助。2012 年，李雨成[8]等建立了风幕的数学、物理模型并进行Fluent 数值模拟，对比分析有无风幕的模拟结果，证实风幕可提高粉尘治理效果。基于上述分析，由于巷道内粉尘的运动轨迹十分复杂，且在现场难以具体分析风流场与粉尘场的情况。因此为实现更好的粉尘治理效果，更直观地分析巷道流场的变化规律，本文采用理论分析与数值模拟的研究方法，以淮北某矿综掘面为原型构建三维模型；针对影响风幕工作性能的几个重要参数， 进行较为系统的模拟优化研究， 旨在推进风幕控尘除尘技术的深入研究，对综掘面粉尘防治具有指导、推广意义。

2. 综掘面风幕控尘除尘系统 风幕控尘除尘系统主要由抽出式系统和压入式系统组成，前者含有抽出式风机、抽风筒和湿式除尘器，后者包含压风筒、压入式风机、风幕装置等，如图1。其中，风幕控尘除尘装置由空气压缩机、高压风管和射流箱等组成，风幕射流腔整体呈∩形状，每个射流腔内配置有挡风板可用于调节出口射流方向。风幕工作原理：空压机将压缩后的气流经高压风管送至风幕射流箱内，再由射流箱将气流分配给各个射流腔体内，腔内气流通过调节后的导流叶由风幕条缝出口射出，如图2。风幕控尘除尘装置是安装