[發明專利]一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法

在審

• 申請號: 201910011593.4
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109630187A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 崔向飛;薛嬌;劉國明;蔣學凱;周智;董其征
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F5/04
• 分類號: E21F5/04;E21F5/20;E21F5/00;E21F17/18
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

1.一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：包括支架負壓二次除塵裝置、采煤機負壓二次除塵裝置及濕式卷簾防塵網。其中，支架負壓二次除塵裝置和采煤機負壓二次除塵裝置根據水射流的卷吸機理不但進行噴霧降塵，而且能夠形成負壓區，卷吸作業區的高濃度粉塵團，提高降塵效率，濕式卷簾防塵網通過將水霧噴在濾網上，在水的表面張力作用下形成濾膜，氣流中粉塵與之接觸碰撞機率增加，提高捕塵效率，并根據現場數值模擬，根據風流和粉塵的分布情況，對三種降塵措施的布置位置和方式進行設計，并配合使用，以達到降低工作面粉塵濃度的目的。

2.按照權利要求1所述一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：所述支架負壓二次除塵裝置由固定裝置、噴霧裝置和吸塵除塵裝置三部分構成。安裝在大采高綜采工作面液壓支架上，且其安裝形式和設計應以大采高綜采工作面的風流和粉塵分布規律為設計基礎，綜合考慮選定安裝位置的安裝條件。其安裝位置和作用區域的粉塵濃度應不低于50mg/m³，風速不應超過工作面入口風速的1.1倍，且其吸風口可處于人作業空間，噴霧口所形成的噴霧場不應覆蓋有人作業空間。

3.按照權利要求1所述一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：所述采煤機負壓二次除塵裝置采用噴霧箱體的設計，由噴霧產生的負壓將采煤時分布在采煤機周圍的高濃度粉塵卷吸到箱體中，并在箱體內集中沉降。其安裝應以大采高綜采工作面的風流和粉塵分布規律和工作面的安裝條件為基礎，應固定在采煤機上的背風側，并根據大采高綜采工作面的風流和粉塵分布情況進行調整，其工作區域風速不超過工作面入口風速的0.5倍，霧場應覆蓋采煤機滾筒。

4.按照權利要求1所述一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：所述濕式卷簾防塵網由卷簾軸、濾網和水幕組成水幕的水霧噴在濾網上，在水的表面張力作用下形成濾膜，增加粉塵與水接觸碰撞機率，提高捕塵效率。用于擋塵簾的噴嘴適宜選擇霧化角大、耗水量小的噴嘴，噴頭方向調整為與風流方向成迎風45°角，卷簾軸采用直徑為5cm鋼管制作，由液壓馬達控制，以保證到大型設備移動的機動靈活性。設計安裝應以大采高綜采工作面的風流和粉塵分布規律和工作面斷面大小為設計基礎，安裝在液壓支架上，且其尺寸應于工作面的斷面尺寸相配合，其寬度在大采高綜采工作面液壓支柱到采煤機橫向最短距離的0.4倍到0.7倍之間，高度應確保到地面最短距離大于采煤機機身的高度，但不應超過1.5倍的采煤機機身高度。以實現在發揮功能的前提下不妨礙工作面的正常工作。

5.按照權利要求1所述一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：所述數值模擬采用FLUENT流體模擬軟件進行，模擬工作面的風流、粉塵宏觀分布情況，采用風流-粉塵兩相流體湍流流動的數學模型進行計算，其參數設置符合工作面現場實際，其數值解法根據模型的復雜程度選擇相應的簡算方法，保證計算的精度整體上在可接受范圍內，進行數值模擬前根據工作面情況建立物理模型并進行網格劃分，所建立的物理模型將大采高綜采工作面的模擬計算區域整體視為長方體，并對計算區域內的設備設施進行抽象簡化，具體為：由于液壓支架后方空間較小而且對粉塵流動的影響很小，因此液壓支架后方空間不予考慮，將大采高綜采工作面空間視為在長方體的基礎上扣掉液壓支架后方空間的一個體積模型，電纜槽將巷道分為人行道空間和溜子道空間；采煤機機體表面的復雜結構情況對風流、粉塵的分布規律影響不大，可以忽略不計，將其簡化為長方體；由于采煤機搖臂和滾筒會對工作面風流和粉塵產生阻流和繞流作用，同時也是粉塵源，將其簡化為與實際外形相近的圓臺體；電纜槽沿工作面縱向布置，工作面下部空間的粉塵和風流分布影響較大，簡化為長方體；液壓支架簡化支架頂梁和底座、餾子、煤壁等簡化為平面邊界，液壓支柱簡化為有一定傾斜角度的長方體。并建立好物理模型后，在保證計算精度整體上在可接受范圍的前提下，模型網格劃分為0.5的四面體網格。

6.按照權利要求5所述一種基于工作面現場煤塵擴散規律的工作面粉塵防治方法，其特征在于：所述數值模擬采用二階離散格式對各速度分量、局部含率及湍流分量等進行求解，求解時，在中心點儲存變量，利用二階迎風插值格式，利用權重法確定動量方程的系數，松弛系數取值范圍為：ε_p＝0.38～0.74，ε_m＝0.40～0.70，ε_k，ε_ε＝0.40～0.60，并使用ISPA交錯網格技術對各守恒方程進行離散計算，利用用SIMPLE算法求解壓力校正方程和氣固相含率，用總守恒作為收斂判據，小于0.001，時間步長取0.001秒，并以流場的體積分率圖判斷模擬的準確性；數值模擬的邊界條件設定應將進口邊界設定為速度入口，并同時給出各相的流速與方向，液固相間無滑移，且速率均勻分布，氣相湍動能耗散率為湍動能耗散率為在壁面處，取不滲透及非滑移條件，各相速度為零，即與壁面垂直的和平行的流速都為零，并根據工作面現場的實際情況對風流-粉塵兩項流動的其他數值模擬參數進行設定；數值模擬分別模擬大采高綜采工作面順風割煤和逆風割煤時的風流分布規律和粉塵分布規律，其中風流分布規律，主要包括工作面風流的總體規律，特別是人行道空間、溜子道空間處的風速分布規律，粉塵分布規律包括順風割煤和逆風割煤時的粉塵分布規律，特別是采煤機上風側和下風側有人工作區域的粉塵濃度分布規律及其影響因素。