通風擾動下連采工作面截割粉塵運移及分布規(guī)律

關鍵詞：連采工作面；截割粉塵；粉塵運移；粉塵濃度；粒徑分布

中圖分類號：TD714.4 文獻標志碼：A

0引言

煤炭開采過程中往往產(chǎn)生大量粉塵[1-3]，高濃度粉塵不僅威脅礦井安全生產(chǎn)，還會誘發(fā)塵肺病、心血管疾病等[4-6]。2023 年我國新增職業(yè)病12 087 例，其中塵肺病8 051 例，占比近67%[7]。據(jù)統(tǒng)計，煤礦塵肺病致亡人數(shù)遠大于生產(chǎn)事故致亡人數(shù)[8]。因此，研究煤炭開采過程中粉塵運移及分布規(guī)律對于保護礦工職業(yè)健康安全至關重要。

目前，大量學者通過實驗室實驗、現(xiàn)場測試及數(shù)值模擬的方法對粉塵運移及分布規(guī)律進行了研究[9-11]。馮恒原等[12]運用現(xiàn)場測試、理論分析和數(shù)值模擬方法對綜掘工作面粉塵運移規(guī)律及不同粒徑粉塵富集特征進行了研究，給出了渦流區(qū)的控降塵建議。周全超等[13]模擬了綜掘工作面不同通風條件下的降塵效果，并通過現(xiàn)場測試檢驗了數(shù)值模擬的可靠性。宋淑鄭等[14]運用Fluent 軟件對綜采工作面風流場和粉塵濃度逸散規(guī)律進行了模擬。Nie Wen 等[15]通過數(shù)值模擬研究了不同風量下綜采工作面風流運移及粉塵運移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)風量為90 m3/min 的風幕能有效控制工作面粉塵。Hao Tianxuan 等[16]結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試方法，對綜采工作面呼吸區(qū)的粉塵運移分布規(guī)律進行了研究。Zhang Wei 等[17]基于數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試，得出距離塵源越遠，粉塵濃度越低，落塵顆粒粒徑越小的結(jié)論。

目前對綜采工作面、綜掘工作面粉塵運移及分布規(guī)律的研究較多，但對通風擾動下連采工作面截割粉塵運移及分布規(guī)律的研究較少。本文以陜煤集團神木紅柳林礦業(yè)有限公司15218 連采工作面為研究對象，采用SolidWorks 構(gòu)建連采工作面物理模型，基于歐拉?拉格朗日方法，利用CFD 軟件對通風擾動下連采工作面截割粉塵運移及分布規(guī)律進行數(shù)值模擬研究，研究結(jié)果可為連采工作面粉塵治理提供一定的指導。

1工作面概況

15218連采工作面由主運巷、輔運巷、切眼、調(diào)車硐室及回風巷構(gòu)成。主運巷長2 733 m，用于運輸?shù)V石及其他物料；輔運巷長2 815 m，用于運輸人員及設備。該工作面東邊為15217 備采掘進工作面，西邊為實體煤區(qū)，北邊為5?2 煤南輔運巷，南邊為攔截斜巷。該工作面通風量為385～6 148.8 m3/min。

2數(shù)值模型

2.1物理模型

取15218連采工作面前30m巷道為研究區(qū)域，根據(jù)實際情況，對連續(xù)采煤機、風筒、梭車等進行簡化，使用SolidWorks 軟件建立連采工作面物理模型，如圖1 所示。巷道斷面為寬6.1 m、高4.2 m 的矩形，連續(xù)采煤機總長為7.6 m，風筒（直徑為1 m）布置在巷道右上方，風筒中心距離巷道頂板和右側(cè)巷道壁面均為0.6 m、距離巷道底板3.6 m，風筒風流出口距離采煤壁面5 m。

2.2數(shù)學模型

2.2.1基本假設

結(jié)合現(xiàn)場情況與氣固兩相流理論，將空氣看作連續(xù)相，粉塵看作離散相，利用CFD 模擬風流場及粉塵分布情況，并做出如下合理假設[18-19]：① 在采煤過程中，將產(chǎn)塵過程視為一種勻速噴射的理想狀態(tài)過程，且假定煤體在采煤過程中保持相對一致的含水率，排除因水分變化而導致的復雜因素。② 將粉塵顆粒假設為規(guī)則球體，粉塵屬性定義為高揮發(fā)性煤粉。③ 假設工作面空氣密度基本相同且不可壓縮，風筒風流潔凈無污染。

2.2.2模型方程

在氣固兩相流模擬方法中，歐拉?歐拉方法對顆粒級的模擬精度有所欠缺，而歐拉?拉格朗日方法的模型較為簡單，計算精度能達到規(guī)律分析要求[20]。因此本文采用歐拉?拉格朗日方法對風流場、粉塵運移及分布進行模擬，涉及的相關方程如下。

2.2.3參數(shù)設置

為確保數(shù)值模擬的準確性，基于連采工作面作業(yè)空間內(nèi)的粉塵濃度和粉塵粒徑分布的測定數(shù)據(jù)，對模擬參數(shù)進行設置，見表1。

2.3網(wǎng)格劃分

以全局四面體網(wǎng)格的劃分方法對物理模型進行網(wǎng)格劃分，在23×10⁴，31×10⁴，42×10⁴，52×10⁴，63×10⁴，73×10⁴ 個網(wǎng)格數(shù)量下進行網(wǎng)格獨立性驗證，對應網(wǎng)格數(shù)量的單元尺寸依次為300，240，200，180，165，155 mm。

在模型出口斷面風筒正下方1.5 m 處設置速度監(jiān)測點，記錄各網(wǎng)格數(shù)量下該監(jiān)測點的風速，如圖2所示。

由圖2 可知，當網(wǎng)格數(shù)量達到63×10⁴個時，風速變化較小，趨于穩(wěn)定，說明網(wǎng)格具有獨立性。考慮計算精度及計算速度需求，選擇單元尺寸為165 mm、數(shù)量為63×10⁴ 個的網(wǎng)格進行數(shù)值模擬計算。

2.4模型驗證

結(jié)合現(xiàn)場實際情況、塵源地點和工作面人員位置，現(xiàn)場巷道粉塵濃度測定共布置3 個測點（編號為A，B，C），如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)場測點位置布置粉塵采樣器，待連續(xù)采煤機截割5 min 后開始取樣，每次取樣2.5 min，取樣3次。根據(jù)式（9）計算得到各測點的粉塵濃度，現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比如圖4 所示。

由圖4 可知，實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)相近，且相對誤差在5% 以內(nèi)。考慮到現(xiàn)場因素（如連續(xù)采煤機位置變化、人員走動等）對粉塵濃度的影響，相對誤差在可接受范圍內(nèi)，表明數(shù)值模型較為準確。

3數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1粉塵運移及分布

3.1.1風流場中的粉塵運移及分布

粉塵運移及分布規(guī)律受多種因素影響，其中以風流場的影響最為顯著。因此，通過分析風流場分布規(guī)律來解釋粉塵運移及分布特征[21]。連采工作面風流場如圖5所示。

由圖5可知：風筒出口風速達16.3 m/s；風流向采煤壁面運移的過程中，隨著射流長度增加，風速逐漸減小，與采煤壁面接觸時風速減至8 m/s，此時風流受到采煤壁面阻礙，不能保持原來的風流方向，因此形成沖擊射流區(qū)；沖擊射流撞向采煤壁面時，風流因受阻礙沿采煤壁面向各個方向運移，其中向進風側(cè)運移的風流受到進風側(cè)巷道壁面、巷道底板和巷道頂板的阻礙后運移方向發(fā)生改變，又因為高速射流對運移受限風流的卷吸，風流在連續(xù)采煤機截割臂附近形成渦流區(qū)；風流流經(jīng)梭車時，因巷道斷面面積的急劇變大而形成尾流區(qū)，流入尾流區(qū)的風流撞擊到巷道底板后運移方向發(fā)生改變，所以部分風流在此處呈凹形流動。

基于連采工作面風流場的規(guī)律分析， 利用Tecplot 軟件與CFD 自帶的后處理功能，從粉塵濃度分布、粉塵滯留時間分布和粉塵顆粒流指數(shù)分布3 個方面研究風流場中粉塵的運移及分布規(guī)律，如圖6?圖8 所示。

由圖6 可知，風流經(jīng)風筒進入巷道，連采工作面產(chǎn)生的大部分粉塵被風流裹挾由回風側(cè)向巷道出口運移，回風側(cè)整體粉塵濃度大于進風側(cè)。在風流影響下巷道內(nèi)形成2 處粉塵富集區(qū)域：① 連續(xù)采煤機截割工作面產(chǎn)生的粉塵受沖擊射流的裹挾向回風側(cè)運移，含塵風流受回風側(cè)巷道壁面的阻礙，其裹挾粉塵的作用減弱，粉塵在回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)形成富集區(qū)。② 含塵風流向巷道出口運移的過程中，因斷面面積增大，風速衰減，粉塵在回風側(cè)的連續(xù)采煤機尾部至巷道中部形成了帶狀富集區(qū)。含塵風流向巷道出口運移的整個過程中，渦流區(qū)并沒有形成明顯的粉塵富集區(qū)，這是由于連采工作面截割產(chǎn)塵面靠近回風側(cè)，大部分粉塵被風流裹挾向回風側(cè)運移，受渦流影響較小。

由圖7 可知，滯留時間較短的粉塵主要分布于回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)和連續(xù)采煤機尾部至巷道中部區(qū)域，這是由于對應區(qū)域含塵風流風速較大形成的；另外還有部分滯留時間較短的粉塵分布于連續(xù)采煤機尾部與梭車頭部的上方區(qū)域，這是由于該區(qū)域位于渦流區(qū)域外部與紊亂風流附近，使得粉塵滯留時間較短。滯留時間較長的粉塵主要分布在巷道中后部區(qū)域的上層空間，這是由于該區(qū)域含塵風流較少且風速較低。

由圖8 可知，在回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)和連續(xù)采煤機尾部至巷道中部區(qū)域的粉塵顆粒流指數(shù)較大，與粉塵滯留時間較小的區(qū)域高度重合。

綜合圖5?圖8 可知，渦流區(qū)域內(nèi)粉塵濃度較低，粉塵富集不明顯。粉塵運移分布主要受沖擊射流的影響，風流將粉塵裹挾向回風側(cè)運移，進而回風側(cè)粉塵富集較多，粉塵濃度較大。回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)和連續(xù)采煤機尾部至巷道中部區(qū)域的粉塵富集較多。在回風側(cè)風速較大區(qū)域內(nèi)，粉塵滯留時間較短，粉塵顆粒流指數(shù)較大，粉塵濃度較高，且粉塵滯留時間較短區(qū)域與粉塵顆粒流指數(shù)較大區(qū)域高度重合。

3.1.2巷道截面中的粉塵運移及分布

沿連采工作面的巷道走向（Z 方向）、巷道高度方向（Y 方向）及巷道寬度方向（X 方向）截取相應截面，研究連采工作面粉塵運移及分布規(guī)律。

距離采煤壁面0，0.5，5，10，20，30 m 處粉塵濃度分布如圖9 所示。

由圖9 可知，在Z=0 截面，高濃度粉塵分布在連續(xù)采煤機截割工作面的產(chǎn)塵區(qū)域，受沖擊射流的裹挾及粉塵自身重力作用，粉塵云團由矩形產(chǎn)塵面向回風側(cè)和巷道底板運移，綜合作用下粉塵云團濃度呈由中心向周圍降低的倒梯形分布。由于大部分含塵風流受連續(xù)采煤機機身的阻擋，沿巷道空隙向巷道出口運移，在Z=0.5 m 截面，高濃度粉塵云團分布在巷道回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)。當含塵風流運移到連續(xù)采煤機機身中部時，向巷道出口運移的含塵風流并不是完全沿著巷道運移的，且隨著運移距離的增加，風流對粉塵的裹挾作用減弱，大粒徑粉塵在運移過程中發(fā)生沉降，因此在Z=5 m 截面，回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)的粉塵濃度相應降低，粉塵云團的區(qū)域面積相應減小。小粒徑粉塵在渦流區(qū)內(nèi)發(fā)生富集，在Z=5 m 截面，粉塵在連續(xù)采煤機上方區(qū)域形成濃度為100～200 mg/m³ 的粉塵富集云團。當含塵風流進一步運移時，因巷道底板和頂板阻礙而改變方向的含塵風流在梭車區(qū)域聚攏，在Z=10 m 截面，回風側(cè)底部三角區(qū)的粉塵云團位置略有上移，且凹槽形狀的梭車及其中傾斜的箱板截留了部分粉塵。當粉塵運移到Z=20 m 截面處時，由于截面面積擴大，風流運移空間相對自由，風速隨之降低，風流對粉塵的裹挾作用減弱，粒徑較大粉塵發(fā)生沉降，粒徑較小粉塵發(fā)生擴散，所以綜合體現(xiàn)為粉塵云團濃度降低與面積擴大。含塵風流繼續(xù)向巷道出口運移，風流對粉塵的裹挾作用進一步減弱，粒徑更小的粉塵進一步發(fā)生擴散，當粉塵最終運移到出口位置（Z=30 m 截面）時，粉塵云團的濃度進一步降低，粉塵云團的形成位置在空間內(nèi)更具自由性。

距離巷道底板0，0.5，1，2，3.5 m 處粉塵濃度分布如圖10 所示。

由圖10 可知，在巷道底板（Y=0 截面），高濃度粉塵云團主要分布于回風側(cè)連續(xù)采煤機與梭車區(qū)域。在Y=0.5 m 截面，分布于回風側(cè)連續(xù)采煤機與梭車區(qū)域的粉塵云團濃度雖然降低，但粉塵云團分布呈更完整的條帶狀，粉塵運移受梭車的截留作用，粉塵在梭車內(nèi)發(fā)生富集。在Y=1 m 截面，高濃度粉塵主要分布于梭車區(qū)域，矩形產(chǎn)塵區(qū)域內(nèi)粉塵受風流的裹挾作用，在該截面中部形成較高濃度的粉塵云團。在Y=2 m 截面，粉塵受渦流區(qū)風流的富集作用，部分粉塵分布于連續(xù)采煤機上方，因風流對粉塵的裹挾作用減弱與粉塵自身的擴散作用，粉塵在截面中后部富集。在Y=3.5 m 截面，粉塵因渦流區(qū)的富集作用，在連續(xù)采煤機與風筒間形成了較高濃度的粉塵云團。

距離回風側(cè)巷道壁面1，2，3，4，5，6 m 處粉塵濃度分布如圖11 所示。

由圖11 可知，在X=1 m 截面，風流經(jīng)過梭車后，由于斷面面積急劇擴大而形成尾流區(qū)，含塵風流流經(jīng)尾流區(qū)撞擊到巷道底板后運移方向發(fā)生改變，所以粉塵在截面中后部區(qū)域呈凹形條帶分布。由于粉塵主要沿巷道回風側(cè)向巷道出口運移，所以僅在X=1 m 截面有較明顯的粉塵云團。由于部分含塵風流撞擊到巷道底板導致運移方向發(fā)生改變，變向的含塵風流流經(jīng)連續(xù)采煤機上方區(qū)域，所以在X=2 m 截面，連續(xù)采煤機上方區(qū)域有較明顯的粉塵云團，又因梭車對含塵風流的截留作用，梭車內(nèi)有較明顯的粉塵云團。由于渦流區(qū)的形成位置靠近進風側(cè)，且粉塵運移主要受沖擊射流的影響，渦流區(qū)內(nèi)粉塵富集不明顯，僅在巷道寬度方向的中間位置（X=3，4 m 截面）有較明顯的粉塵云團。大部分含塵風流向巷道出口運移的過程中，有部分含塵風流流經(jīng)風筒并形成了圓柱繞流，所以在X=5 m 截面，后段風筒附近有較明顯的粉塵云團。在X=6 m 截面，因含塵風流在巷道中后部裹挾粉塵的能力降低，粉塵云團形成更自由，粉塵云團濃度也進一步降低。

3.2不同粒徑粉塵運移及分布

距離采煤壁面0.5，5，10，20，30 m 處粉塵粒徑分布如圖12 所示。

由圖12（a）可知：微塵（粒徑∈（0.25， 10] μm） 、細塵（粒徑∈（10，40] μm）和粗塵（粒徑∈（40，85] μm）數(shù)量均隨著距采煤壁面距離的增大而減少，說明含塵風流向巷道出口運移的過程中，微塵、細塵、粗塵都發(fā)生了沉降；含塵風流運移到巷道出口位置時，粗塵沉降最多，細塵次之，微塵沉降最少；在Z∈[0.5，20）m 區(qū)域粗塵沉降最多，細塵次之，微塵沉降最少，但在Z∈[20，30） m 區(qū)域細塵與微塵的沉降量相近，這主要是由于風流向巷道出口運移的過程中，隨著風速的衰減，風流對粉塵的裹挾作用減弱。

由圖12（b）可知：在Z=0.5，5m 截面，粗塵占比最大；在Z=10，20，30 m 截面，細塵占比最大；微塵、細塵占比均隨著距采煤壁面距離的增大而增大，粗塵占比隨著距采煤壁面距離的增大而減小。

距離巷道底板0，0.5，1，2，3.5 m 處粉塵粒徑分布如圖13 所示。

由圖13（a）可知，微塵、細塵、粗塵數(shù)量隨著距巷道底板距離的增大均呈先增多后減少的變化趨勢，這是由于矩形產(chǎn)塵面位于Z=0 截面的中部及沖擊射流的作用。

由圖13（b）可知：在Y=0，0.5，1 m 截面，粗塵占比最大，微塵占比最小；在Y=2，3.5 m 截面，細塵占比最大，微塵占比最小，粗塵占比急劇減小，其中在Y=3.5 m 截面，細塵占比過半，粗塵、微塵的占比相近；微塵、細塵占比隨著距巷道底板距離的增大而增大，粗塵占比隨著距離巷道底板距離的增大而減小。

距離回風側(cè)巷道壁面1，2，3，4，5，6 m 處粉塵粒徑分布如圖14 所示。

由圖14 可知：微塵、細塵、粗塵數(shù)量均隨著距回風側(cè)巷道壁面距離的增大而減小；沿巷道寬度方向各截面中細塵占比最大，微塵占比最小；粗塵占比隨著距回風側(cè)巷道壁面距離的增大而減小，細塵、微塵占比總體隨著距回風側(cè)巷道壁面距離的增大而增大。

綜合圖9?圖14 可知：① 梭車截留粉塵于梭車內(nèi)富集形成高濃度粉塵云團；渦流區(qū)將部分粉塵富集于連續(xù)采煤機上方區(qū)域；富集在尾流區(qū)域的高濃度粉塵云團呈凹形條帶狀。② 微塵、細塵、粗塵向出口運移的過程中均發(fā)生沉降，其中粗塵沉降最多，微塵沉降最少；微塵、細塵、粗塵的數(shù)量隨著距巷道底板距離的增大均呈先增多后減少的變化規(guī)律；微塵、細塵、粗塵的數(shù)量隨著距采煤壁面距離、回風側(cè)巷道壁面距離的增大而減少。

3.3不同風速下粉塵運移及分布

在風流場、粉塵濃度及粉塵粒徑分布規(guī)律分析的基礎上，截取呼吸帶高度（Y=1.5 m）截面，從粉塵濃度與粉塵粒徑分布2 個方面研究不同風速下連采工作面粉塵運移及分布規(guī)律。

3.3.1不同風速下粉塵濃度分布

不同風速下呼吸帶粉塵濃度分布如圖15所示。

由圖15可知，大部分含塵風流沿采煤壁面向回風側(cè)運移，高濃度粉塵云團主要分布于回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)及回風側(cè)連續(xù)采煤機尾部至巷道中部區(qū)域。風速較低時，風流對粉塵的裹挾作用較弱，粉塵較易富集形成濃度較高、面積較大的粉塵云團。隨著風速增大，風流裹挾更多粉塵更快地向巷道出口運移，所以粉塵云團的面積和濃度均隨著風速的增大而減小。根據(jù)粉塵云團面積與濃度減小幅度可初步得出1.6 m/s 的排塵風速較為合理。

在進風側(cè)風筒正下方與回風側(cè)未受連續(xù)采煤機阻礙處，每間隔2 m 在呼吸帶高度（Y=1.5 m）位置設置粉塵濃度監(jiān)測點，15 個監(jiān)測點的粉塵濃度均值如圖16 所示。

由圖16（a）可知，呼吸帶進風側(cè)粉塵濃度相對較小，在120 mg/m3 以下，且隨著距采煤壁面距離的增加，粉塵濃度呈波動變化趨勢。進風風速為0.5 m/s時，距采煤壁面20 m 處粉塵濃度最高，距采煤壁面4 m處粉塵濃度最低。相鄰風速下的粉塵濃度差值隨著風速增大而減小，且風速在1.6 m/s 以上時粉塵濃度差值減小不明顯，進一步得出1.6 m/s 的排塵風速較為合理。

由圖16（b）可知，呼吸帶回風側(cè)粉塵濃度隨著距采煤壁面距離的增加也呈波動變化趨勢，但與呼吸帶進風側(cè)相比波動幅度更大，粉塵濃度更高，最高粉塵濃度近800 mg/m3。呼吸帶回風側(cè)相鄰風速下的粉塵濃度差值也隨著風速增大而減小，因為回風側(cè)粉塵濃度總體偏高，所以相鄰風速下的粉塵濃度差值總體偏大，回風側(cè)也同樣表現(xiàn)出風速在1.6 m/s 以上時粉塵濃度差值減小不明顯，再次說明1.6 m/s 的排塵風速較為合理。

由上述分析可知，粉塵主要在巷道回風側(cè)運移，因此以0.5 m/s 風速下回風側(cè)15 個監(jiān)測點的粉塵濃度為初始濃度，以1.0 m/s 風速下回風側(cè)15 個監(jiān)測點的粉塵濃度為最終濃度，計算1.0 m/s 風速相對于0.5 m/s 風速的排塵率，然后再以1.0 m/s 風速下15 個監(jiān)測點的粉塵濃度為初始濃度，以1.6 m/s 風速下15 個監(jiān)測點的粉塵濃度為最終濃度，計算1.6 m/s 風速相對于1.0 m/s 風速的排塵率，以此類推，計算不同風速下的排塵率，結(jié)果如圖17 所示。

由圖17 可知，各風速下的排塵率均有為負的情況，說明風速的增大并不能對回風側(cè)所有區(qū)域的粉塵進行排除，會使回風側(cè)某些區(qū)域的粉塵發(fā)生富集現(xiàn)象，但風速增大有利于排除大部分區(qū)域的粉塵。1.0，1.6，2.3，3.1，4.0 m/s 風速下的最低排塵率分別為?447.7%， ?95.5%， ?139.9%， ?255.5%， ?433.3%，最高排塵率分別為85.4%， 88.9%， 95.1%， 71.1%， 85.1%。1.6 m/s 風速下的最低排塵率最大， 2.3 m/s 次之；2.3 m/s 風速下的最高排塵率最大，1.6 m/s 次之。考慮到風速持續(xù)增大對連采工作面安全生產(chǎn)的不利影響，最終確認1.6 m/s 的排塵風速較為合理。

綜合圖15?圖17可知：粉塵主要分布在呼吸帶回風側(cè)一帶的連續(xù)采煤機、梭車和巷道中部區(qū)域；隨著風速增加，較大濃度的粉塵云團面積減小，但減小程度遞減；進風側(cè)、回風側(cè)粉塵濃度隨著風速增加而減小，風速增大有利于排除大部分區(qū)域的粉塵，但不能對回風側(cè)所有區(qū)域的粉塵進行排除；1.6 m/s 的排塵風速較為合理。

3.3.2不同風速下粉塵粒徑分布

在風流場計算穩(wěn)定后，開啟離散相，通過Fluent自帶的采樣功能，得到呼吸帶粉塵隨風速變化的分布情況，如圖18所示。

由圖18可知：微塵、細塵、粗塵數(shù)量隨風速增加均呈先增多后減少的變化規(guī)律，其中風速由0.5 m/s增加到1.0 m/s 時，微塵、細塵、粗塵的數(shù)量增加最明顯，這說明隨著風速增加，有更多粉塵進入到呼吸帶高度平面，但隨著風速繼續(xù)增加，一些粉塵離開了呼吸帶高度平面；細塵占比最大，微塵占比最小；微塵、細塵、粗塵占比分別為15%，54%，31% 左右，基本不受風速變化的影響。

4連采工作面控降塵建議

由上述分析可知，雖然適當增大連采工作面風速（1.6 m/s）可有效改善呼吸帶高度平面粉塵在局部區(qū)域的富集問題，但風速的提升也會揚起更多粉塵分布在呼吸帶高度平面。相較于局部區(qū)域聚集的高濃度粉塵云團，離散的粉塵分布更廣，危害更大，另外風速增大對采煤工藝、采煤效率及巷道支護影響也較大。鑒于此，對連采工作面的控降塵給出以下建議：

1） 以不影響安全生產(chǎn)、保護井下作業(yè)人員身心健康為前提，適當增大連采工作面的風速進行全局排塵。

2） 工作面的粉塵治理應優(yōu)先對煤層進行注水開采，即從粉塵產(chǎn)生的源頭控制，通過煤層注水潤濕降低產(chǎn)塵量。

3） 針對微塵、細塵難以沉降的問題，在連續(xù)采煤機截割滾筒附近安裝霧化效果良好的高壓噴霧裝置進行粉塵治理。

4） 在回風側(cè)連續(xù)采煤機處安裝局部電動除塵器進一步提升粉塵治理效果。

5 結(jié)論

1） 連采工作面內(nèi)粉塵運移主要受沖擊射流區(qū)的影響向回風側(cè)運移。大部分粉塵分布于回風側(cè)截割滾筒三角區(qū)及連續(xù)采煤機尾部至巷道中部區(qū)域，且高濃度粉塵的富集與風速、滯留時間及顆粒流指數(shù)密切相關。渦流區(qū)內(nèi)粉塵富集較少，部分粉塵富集于梭車內(nèi)，尾流區(qū)內(nèi)粉塵云團呈凹形條帶狀。

2） 含塵風流向巷道出口運移的過程中，粗塵沉降最多，微塵沉降最少；微塵、細塵、粗塵的數(shù)量隨著距巷道底板距離的增大均呈先增多后減少的變化規(guī)律；微塵、細塵、粗塵的數(shù)量隨著距采煤壁面距離、回風側(cè)巷道壁面距離的增大而減少。

3） 在呼吸帶高度處粉塵云團濃度和面積均隨著風速增加而減小，且減小幅度逐漸降低。粉塵濃度隨著距采煤壁面距離的增大呈波動變化，微塵、細塵、粗塵占比分別為15%，54%，31% 左右，基本不受風速變化的影響。1.6 m/s的風速雖有利于高濃度粉塵區(qū)域的排塵，但會揚起更多粉塵進入呼吸帶高度平面。因此既要合理增大風速進行全局排塵，也要采取針對性措施進行局部重點控降塵。