掘进巷道风场对粉尘运移影响的相似模拟研究

"该研究由王冕发表在《矿业安全与环保》期刊上，通过相似模拟实验和数值模拟探讨了掘进巷道压入式通风条件下流场结构对粉尘运移和沉降规律的影响。实验结果显示，平均风速在0.66~2.62 m/s时，粉尘在综掘机后方扩散，部分细颗粒被涡流捕获，大颗粒粉尘在距工作面3~5 m内沉降。" 本文主要研究了掘进巷道内的流场结构如何影响粉尘运移和沉降规律，对于煤矿安全生产具有重要意义。作者基于气固两相流理论和相似原理，设计了一个掘进巷道压入式通风的相似实验模型。压入式通风是一种常见的矿井通风方式，其特点是将新鲜空气强制送入巷道，将含有有害气体和粉尘的废气排出。 在实验中，利用FLUENT这一专业流体动力学软件进行了数值模拟，同时借助掘进巷道相似模拟实验平台进行了实际操作，深入分析了风流场的特性对粉尘运动轨迹和沉降模式的影响。研究表明，在相似模拟实验中，巷道内的平均风速范围在0.66至2.62米/秒之间，这个速度范围是影响粉尘运移的关键因素。 当粉尘从工作面释放后，它们会随着风流向巷道后方移动。大部分粉尘在综掘机后方区域扩散，这表明此处的风流动态可能加剧了粉尘的分散。特别地，综掘机附近的涡流结构会捕获部分细小的粉尘颗粒，这可能是由于涡流形成的局部低速区导致的。这些涡流可能在防止粉尘进一步扩散方面起到一定作用，但也可能导致局部粉尘浓度增加。 此外，研究发现大颗粒的粉尘主要在距离掘进工作面端头3至5米的范围内沉降并堆积。随着与工作面端头距离的增加，沉降粉尘的颗粒粒径逐渐减小，分布也变得更加均匀。这表明距离工作面较远的区域可能受到更细小、更易于悬浮的粉尘影响，而近工作面区域则主要是大颗粒的沉降。 这些发现对于优化矿井通风系统设计，减少粉尘危害，保障工人健康和提高矿井安全具有指导意义。通过控制风速、调整通风策略以及针对特定涡流结构采取防尘措施，可以有效地控制粉尘的运动和沉降，从而降低矿工暴露于高浓度粉尘环境的风险。未来的研究可以进一步探索不同风速、巷道几何形状以及工作面作业方式等因素对粉尘行为的具体影响，以期提出更精确的防尘策略。