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综掘面出风口及抽风口风流综合调控下粉尘场优化分析

龚晓燕, 樊江江, 刘壮壮, 童丹丹, 陈有乐, 魏引尚, 薛河

龚晓燕, 樊江江, 刘壮壮, 等. 综掘面出风口及抽风口风流综合调控下粉尘场优化分析[J]. 煤炭学报, 2021, 46(S2): 800-809.
引用本文: 龚晓燕, 樊江江, 刘壮壮, 等. 综掘面出风口及抽风口风流综合调控下粉尘场优化分析[J]. 煤炭学报, 2021, 46(S2): 800-809.
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GONG Xiaoyan, FAN Jiangjiang, LIU Zhuangzhuang, et al. Optimization analysis of dust field under comprehensive control of air outlet and exhaust air flow in fully mechanized excavation face[J]. Journal of China Coal Society, 2021, 46(S2): 800-809.
Citation: GONG Xiaoyan, FAN Jiangjiang, LIU Zhuangzhuang, et al. Optimization analysis of dust field under comprehensive control of air outlet and exhaust air flow in fully mechanized excavation face[J]. Journal of China Coal Society, 2021, 46(S2): 800-809.
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综掘面出风口及抽风口风流综合调控下粉尘场优化分析

  • 西安科技大学 机械工程学院;西安科技大学 科学与工程学院

Optimization analysis of dust field under comprehensive control of air outlet and exhaust air flow in fully mechanized excavation face

  • College of Mechanical Engineering，Xi’an University of Science and Technology;College of Safety Science and Engineering，Xi’ an University of Science and Technology

摘要

    摘要
  • 摘要: 针对煤矿综掘面混合式通风下巷道风流分布不合理、粉尘聚集严重等问题，选取出风口口 径、出风口右偏角度、抽风口口径与抽风口左偏角度等 4 个参数作为调控变量，通过分析确定合理 的出风口及抽风口风流综合调控方案，改变巷道风流分布，有效降低粉尘质量浓度。 以柠条塔 矿 S1200 巷道为研究对象，结合气固两相流理论，利用 fluent 软件建立混合式通风下出风口及抽风 口风流综合调控的粉尘场有限元模型，通过模拟分析单参数调控对粉尘分布的影响，确定混合式通 风下各调控参数的合理调控范围。 根据 Box-Behnken 原则设计粉尘场优化的风流综合调控响应曲 面试验，建立了以司机位置及回风侧行人呼吸带高度位置粉尘质量浓度为响应指标的优化模型，通 过响应曲面法分析确定了 4 个调控变量对粉尘质量浓度影响大小的显著性顺序以及粉尘场优化的 最佳风流调控方案。 设计搭建了 1 ∶ 5 相似模拟 S1200 综掘面的出风口及抽风口风流调控试验测 试系统，利用该测试系统对得出的最佳风流调控方案进行了试验测试验证及降尘效果分析，结果表 明:出风口距掘进工作面 5 和 10 m 时司机位置粉尘质量浓度分别降低 46.1%和 70.2%，回风侧行 人呼吸带平均粉尘质量浓度分别降低 53.8%和 60.5%，试验测试值与优化模型得出的预测值误差 均在 6%以内，验证了粉尘场优化的最佳风流调控方案的准确性。
    Abstract: There is an urgent need to address the safety problems caused by unreasonable airflow distribution and seri⁃ ous dust accumulation in mine roadway. Therefore，this paper attempted to achieve an effective dust reduction via ana⁃ lyzing and determining the airflow state of roadway，and varying the airflow distribution. The four parameters were se⁃ lected，namely，the outlet diameter，the right angle of outlet，the exhaust vent diameter and the left angle of exhaust vent，as control variables. Taking the S1200 roadway in the Caragana mine as the research object，the paper combined the theory of gas-solid two-phase flow and used the Fluent software to establish a finite element model of the dust field with the integrated regulation of airflow at the air outlet and exhaust outlet of the hybrid ventilation. By simulating and analyzing the influence of single parameter control on dust distribution，the reasonable control range of each control parameter under mixed ventilation was determined. Based on the Box-Behnken，the research designed a response surface test for the dust field optimization，and then in terms of the driver’s position and the dust concentra⁃ tion in the pedestrian breathing zone on the return air side，an optimization model was established as the response in⁃ dex. Through the response surface analysis，the significant sequence of the influence of the four control variables on the dust concentration and the optimal airflow control plan for dust field optimization was determined. A 1 ∶ 5 simi⁃ lar experimental test system of the air outlet and exhaust airflow control was built to simulate the S1200 comprehen⁃ sive heading face. Using the test system，the best airflow control scheme was tested and verified，and the dust reduction effect analysis was carried out. The results indicate that when the air outlet is 5 m and 10 m away from the front，the dust concentration at the driver ’ s position was reduced by 46. 1% and 70. 2%， consistently， the average dust concentration in the pedestrian breathing zone on the return side was reduced by 53.8% and 60.5%. The error between the measured value obtained by the experimental test and the predicted value from the optimization mod⁃ el is within 6%，so it verifies the accuracy of the optimal air flow control scheme for the optimization of the dust field.
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