[发明专利]一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法

权利要求书

1.一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：包括支架负压二次除尘装置、采煤机负压二次除尘装置及湿式卷帘防尘网。其中，支架负压二次除尘装置和采煤机负压二次除尘装置根据水射流的卷吸机理不但进行喷雾降尘，而且能够形成负压区，卷吸作业区的高浓度粉尘团，提高降尘效率，湿式卷帘防尘网通过将水雾喷在滤网上，在水的表面张力作用下形成滤膜，气流中粉尘与之接触碰撞机率增加，提高捕尘效率，并根据现场数值模拟，根据风流和粉尘的分布情况，对三种降尘措施的布置位置和方式进行设计，并配合使用，以达到降低工作面粉尘浓度的目的。

2.按照权利要求1所述一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：所述支架负压二次除尘装置由固定装置、喷雾装置和吸尘除尘装置三部分构成。安装在大采高综采工作面液压支架上，且其安装形式和设计应以大采高综采工作面的风流和粉尘分布规律为设计基础，综合考虑选定安装位置的安装条件。其安装位置和作用区域的粉尘浓度应不低于50mg/m³，风速不应超过工作面入口风速的1.1倍，且其吸风口可处于人作业空间，喷雾口所形成的喷雾场不应覆盖有人作业空间。

3.按照权利要求1所述一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：所述采煤机负压二次除尘装置采用喷雾箱体的设计，由喷雾产生的负压将采煤时分布在采煤机周围的高浓度粉尘卷吸到箱体中，并在箱体内集中沉降。其安装应以大采高综采工作面的风流和粉尘分布规律和工作面的安装条件为基础，应固定在采煤机上的背风侧，并根据大采高综采工作面的风流和粉尘分布情况进行调整，其工作区域风速不超过工作面入口风速的0.5倍，雾场应覆盖采煤机滚筒。

4.按照权利要求1所述一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：所述湿式卷帘防尘网由卷帘轴、滤网和水幕组成水幕的水雾喷在滤网上，在水的表面张力作用下形成滤膜，增加粉尘与水接触碰撞机率，提高捕尘效率。用于挡尘帘的喷嘴适宜选择雾化角大、耗水量小的喷嘴，喷头方向调整为与风流方向成迎风45°角，卷帘轴采用直径为5cm钢管制作，由液压马达控制，以保证到大型设备移动的机动灵活性。设计安装应以大采高综采工作面的风流和粉尘分布规律和工作面断面大小为设计基础，安装在液压支架上，且其尺寸应于工作面的断面尺寸相配合，其宽度在大采高综采工作面液压支柱到采煤机横向最短距离的0.4倍到0.7倍之间，高度应确保到地面最短距离大于采煤机机身的高度，但不应超过1.5倍的采煤机机身高度。以实现在发挥功能的前提下不妨碍工作面的正常工作。

5.按照权利要求1所述一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：所述数值模拟采用FLUENT流体模拟软件进行，模拟工作面的风流、粉尘宏观分布情况，采用风流-粉尘两相流体湍流流动的数学模型进行计算，其参数设置符合工作面现场实际，其数值解法根据模型的复杂程度选择相应的简算方法，保证计算的精度整体上在可接受范围内，进行数值模拟前根据工作面情况建立物理模型并进行网格划分，所建立的物理模型将大采高综采工作面的模拟计算区域整体视为长方体，并对计算区域内的设备设施进行抽象简化，具体为：由于液压支架后方空间较小而且对粉尘流动的影响很小，因此液压支架后方空间不予考虑，将大采高综采工作面空间视为在长方体的基础上扣掉液压支架后方空间的一个体积模型，电缆槽将巷道分为人行道空间和溜子道空间；采煤机机体表面的复杂结构情况对风流、粉尘的分布规律影响不大，可以忽略不计，将其简化为长方体；由于采煤机摇臂和滚筒会对工作面风流和粉尘产生阻流和绕流作用，同时也是粉尘源，将其简化为与实际外形相近的圆台体；电缆槽沿工作面纵向布置，工作面下部空间的粉尘和风流分布影响较大，简化为长方体；液压支架简化支架顶梁和底座、馏子、煤壁等简化为平面边界，液压支柱简化为有一定倾斜角度的长方体。并建立好物理模型后，在保证计算精度整体上在可接受范围的前提下，模型网格划分为0.5的四面体网格。

6.按照权利要求5所述一种基于工作面现场煤尘扩散规律的工作面粉尘防治方法，其特征在于：所述数值模拟采用二阶离散格式对各速度分量、局部含率及湍流分量等进行求解，求解时，在中心点储存变量，利用二阶迎风插值格式，利用权重法确定动量方程的系数，松弛系数取值范围为：ε_p＝0.38～0.74，ε_m＝0.40～0.70，ε_k，ε_ε＝0.40～0.60，并使用ISPA交错网格技术对各守恒方程进行离散计算，利用用SIMPLE算法求解压力校正方程和气固相含率，用总守恒作为收敛判据，小于0.001，时间步长取0.001秒，并以流场的体积分率图判断模拟的准确性；数值模拟的边界条件设定应将进口边界设定为速度入口，并同时给出各相的流速与方向，液固相间无滑移，且速率均匀分布，气相湍动能耗散率为湍动能耗散率为在壁面处，取不渗透及非滑移条件，各相速度为零，即与壁面垂直的和平行的流速都为零，并根据工作面现场的实际情况对风流-粉尘两项流动的其他数值模拟参数进行设定；数值模拟分别模拟大采高综采工作面顺风割煤和逆风割煤时的风流分布规律和粉尘分布规律，其中风流分布规律，主要包括工作面风流的总体规律，特别是人行道空间、溜子道空间处的风速分布规律，粉尘分布规律包括顺风割煤和逆风割煤时的粉尘分布规律，特别是采煤机上风侧和下风侧有人工作区域的粉尘浓度分布规律及其影响因素。