综采面采煤机割煤过程中粉尘弥散规律的研究.pdf

《综采面采煤机割煤过程中粉尘弥散规律的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2010年第5期能源技术与管理93doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2010.05.036综采面采煤机割煤过程中粉尘弥散规律的研究宋凯，陈开岩（中国矿业大学安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221008）［摘要］基于紊流传质的理论，构建了综采面采煤机割煤过程中粉尘弥散的数学模型。在进一步明确了纵向紊流弥散系数计算方法的基础上，提出了适合综采面通风参数的呼吸性粉尘浓度时空分布的计算方法。通过实例解算，得出了呼吸性粉尘在综采工作面的时空分布规律。为工作面的防尘措施制定、空气污染评价提供了科学依据。［关

2、键词］粉尘；时空分布规律；紊流传质；数值模拟［中图分类号］TD714［文献标识码］A［文章编号］1672-9943(2010)05-0093-04的；紊流扩散是由空气质点的脉动产生的；纵向弥0引言散的机理是流体在井巷横断面上的速度分布不均在综采面循环作业过程中，原生粉尘较少，以匀和紊流脉动的叠加。实验已证实，在工作面紊流工艺产尘为主，尤其是采煤机割煤产尘最大，约占传质过程中，紊流纵向弥散效应是分子扩散效应综采面产尘量的60%~70%。呼吸性粉尘一般指直的千倍以上，故可以忽略分子扩散的作用［3］。径小于5μm的粉尘，能长时间悬浮于空气中，可2

3、长壁综采工作面紊流传质的实用数学忽略重力引起的沉降作用。目前研究呼吸性粉尘模型在工作面里的弥散主要有实测和理论模拟的方法。文献［1］根据瞬时源一维离散方程的解析解和在长壁综采工作面三维空间中，工作面长度叠加原理,提出了具有移动性尘源的综采工作面比采高和控顶距的尺度均要大得多，假设工作面呼吸性粉尘浓度数值预报方法。文献［2］提出了呼粉尘的初速度为零，产生后在横断面上立即达到吸性粉尘浓度对时间和工作面长度的加权平均值完全均匀掺混，并且粉尘无吸收和沉降作用。由于作为环境质量的评价指标，并依据离散传质和数综采工作面是一种用液压支架支护的特殊巷道，学

4、叠加的原理给出了评价指标的计算方法。本文如果忽略采空区的漏风和工作面断面积的变化，研究采煤机在连续割煤过程中工作面粉尘的弥散则可根据质量守恒定律，建立按工作面横断面平规律，模拟出粉尘在工作面的时空分布，绘出在具均的粉尘纵向紊流传质模型［4］：2体时刻粉尘在工作面长度上的浓度分布图。可以鄣c鄣c鄣c+u=Dx2（1）鄣t鄣x鄣x为呼吸性粉尘浓度的预测预报、防尘措施的实施、式中，u为工作面风流速度在横断面上的平环境质量评价等提供指导。均值，m/s；c为工作面粉尘浓度在横断面上的平均1综采面呼吸性粉尘紊流传质过程值，mg/m3；t为考察粉尘浓度的

5、时间，s；x为考察粉综采面风流流态一般呈紊流，粉尘从采煤机尘浓度地点距尘源的距离，m；Dx为纵向弥散系2数，m/s。滚筒、架间、转载机（破碎机）处排入工作面后，必由于采煤工作面尘源特性有瞬时排放和连续然随着工作面风流一起运动。由于风流断面上存排放两种基本形式，下面分别对方程式（1）进行求在着粉尘浓度梯度、风流携带粉尘的迁移作用以解。及流体质点脉动所引起的质量扩散作用等原因，2.1在工作面风流起始断面有一个瞬时脉冲排粉尘沿工作面的横断面不断掺混逐渐趋于均匀，放的尘源同时沿工作面风流方向散布。因此，在紊流状态当工作面风流起始断面有一个瞬时脉冲排

6、放下，工作面中粉尘的传质过程是一种紊流的迁移、粉尘，而其它地点既无产尘源也无降尘发生，其一扩散和纵向弥散的综合叠加，属二元气固两相流般初始和边界条件为：的传质现象。分子扩散是由分子作布朗运动产生94宋凯，等综采面采煤机割煤过程中粉尘弥散规律的研究2010年第5期t=t0，x≠x0时，c（x，t0）=0；L+V（τ-Ti-1），则在x处产生的粉尘浓度由式（2）t=t，x=x0时，c（x0，t）=c0δ（t-t0）；得：x=∞，c（∞，t）=0。d（c-c）=0这里用δ-函数描述一个瞬时脉冲排放，当（c-c）（u-V）τx-L-V（τ-T）-u

7、（t-τ）τ210i-1expτ-τdτt≠t0时，δ（t-t0）=0；姨4Dπ（t-τ）4D（xt-τ）x当a≤t0≤b时，在T0~t时间段内，采煤机割煤在x处产生的b乙δ（t-t）dt=1粉尘浓度为：0ac-c0在这种条件下利用δ-函数特性和拉普拉斯=c-c10变换可以得到式（1）的解为：nTiτx-L-V（τ-T）-u（t-τ）τ2c（x，t）=Σ乙（u-V）expτ-i-1τdτ+2i=1Ti-1姨4πD（t-τ）4Dx（t-τ）xuc0exp（τx-x0）-u（t-t0）τττ（2）tτx-L-V（τ-T）-u（t-τ）τ2姨4D

8、π（t-t）4D（t-t）（u-V）nx0x0乙expτ-τdτ（4）Tn姨4πD（t-τ）4Dx（t-τ）式（2）表示在工作面某一断面处瞬时排放粉x式中，V为采煤机平均牵引速度