大断面岩巷综掘工作面可控循环附壁旋流通风控尘理论研究

The project for the feature of large cross section, multiple dusty source, multiple flow field in Fully Mechanized Heading Face of the rock roadway, the use of air pollution control theory, proposed to use mural swirling ventilation coupling with controllable circulation ventilation method to control dust diffusion in working face, to solve the technical problem that dust in large cross section of Fully Mechanized Heading Face is difficult to control, improved the working environment in working face. Through theoretical study, established Fully Mechanized Heading Face multiple dusty source coupling model and flow field, dust field, droplet coupled mathematical model, used simulation experiment and fluid dynamics simulation tool for calculating airflow flow field and dust migration under the effect of controllable circulation mural swirling jet shield ventilation in Fully Mechanized Heading Face; studied movement rule of controllable circulation mural swirling jet shield ventilation in large cross section of Fully Mechanized Heading Face, mastered the dynamic characteristics of controllable circulation mural swirling jet shield ventilation in large cross section of Fully Mechanized Heading Face, optimized the structure of air flow in working face; researched diffusion and migration law of dust in working face, revealed multiple dusty source, multi flow field coupling mechanism of dust and controllable circulation ventilation and mural swirling rotary ventilation coupling dust control mechanism in Fully Mechanized Heading Face, perfected the theory of controllable circulation mural swirling for large cross section of Fully Mechanized Heading Face, provide theoretical basis for the dust control in Fully Mechanized Heading Face of large cross section rock roadway.

本项目针对岩巷综掘工作面大断面、多尘源、多流场环境特点，运用空气污染控制理论，提出用附壁旋流通风与可控循环风耦合作用通风方法来控制工作面粉尘扩散，以解决大断面综掘工作面粉尘控制技术难题，改善工作面作业环境。通过理论研究，建立综掘工作面多尘源耦合作用尘化模型和气流场、粉尘场、雾滴场三场耦合数学模型，运用模拟实验手段和计算流体动力学方法对综掘工作面可控循环附壁旋流通风作用下的风流流场及粉尘的运移进行仿真模拟；研究大断面综掘工作面可控循环附壁旋流通风风流运动规律，掌握综掘工作面可控循环附壁旋流通风风流空气动力学特性，优化工作面风流流场结构；研究工作面粉尘扩散和运移规律，揭示综掘工作面粉尘多尘源、多流场耦合尘化机理及可控循环风与附壁旋流通风耦合控尘作用机理，完善大断面综掘工作面可控循环附壁旋流通风理论，为大断面岩巷综掘工作面粉尘治理提供理论支撑。

针对岩巷综掘工作面断面大、尘源多、产尘量大、作业环境粉尘浓度高的问题，本项目开展了大断面岩巷综掘工作面可控循环附壁旋流通风控尘理论研究，运用空气动力学、旋风分离理论及可控循环风等相关理论，建立了综掘工作面可控循环附壁旋流通风作用下的粉尘临界粒径、控尘效率计算模型，以及附壁风筒巷道内各段粉尘浓度分布规律计算数学模型。通过现场调研和实测，掌握了岩巷综掘工作面粉尘分布规律和粒径分布特征，结合理论分析，建立了综掘工作面可控循环附壁旋流通风实验模型、物理模型和气、固两相流计算机仿真数学模型，采用实验研究和数值模拟研究相结合的方法，研究了大断面综掘工作面可控循环附壁旋流通风风流运动规律，掌握了综掘工作面可控循环附壁旋流通风空气动力学特性，得出了综掘工作面可控循环附壁旋流通风流场结构和粉尘运移分布规律，揭示了可控循环附壁旋流通风作用机理。研究了压抽风量比、附壁风筒轴径风量比、附壁风筒结构参数及安装位置对综掘工作面可控循环附壁旋流通风风流结构和控尘效果的影响，并优化得出了附壁旋流通风合理吹吸风量比、附壁风筒最佳轴径风量比及最佳出风口宽度、出口风速等重要参数。分析了多尘源作用对可控循环附壁旋流通风控尘效果的影响，为减少综掘工作面各主要尘源的产尘量，开展了综掘工作面高效喷雾降尘技术实验及理论研究。研究成果对改善综掘工作面作业环境，确保工作面安全生产具有十分重要的现实意义。四年来，课题组成员发表了相关研究科研论文33篇，授权发明专利5项，实用新型专利10项，资助出版专著1部，获湖南省科技进步二等奖1项，中国职业安全健康协会科学技术一等奖1项。培养硕士研究生7名。