风速对皮带转载点粉尘运移影响程度的分析

侯宝月

1 概况

同忻矿为千万吨矿井，矿井巷道布置方式为斜、立混合开拓，盘区巷道布置；开采方式为单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采；通风方式为分区式通风；主运输方式为带式输送机连续运输，辅助运输方式为无轨胶轮车运输。主斜井倾角5°8'，斜长4661.35m，净宽4800mm。主要担负全矿井的煤炭提升任务，并兼作安全出口和入风井。装备ST4500型钢绳芯带式输送机，皮带宽度1800mm，运输能力4800t∕h。

风速直接影响皮带转载点粉尘浓度和运移范围。风速减小，粉尘浓度增加；风速增大，粉尘浓度降低，但粉尘的运移范围也变大［1］。皮带转载点粉尘的主要来源为：转载点碎煤由高处皮带落向低处皮带时因高度差引起与空气的对冲和低处皮带碰撞产生的粉尘；进风流与皮带上运输碎煤对冲扬起的粉尘；破碎机破碎煤块时产生的粉尘［2］-［3］。本文结合同忻矿主斜井现场实际，通过风流速度对粉尘风力输运影响数值模拟，得到了转载点粉尘运移规律及合理的防治措施。

2 风速对转载点粉尘运移影响数值模拟及结果分析

根据同忻矿主斜井的实际情况，设计了风速对转载点粉尘运移影响数值模拟的基本参数如下：主斜井巷道模型长100m，高4.3m和风流速度分别为1m∕s、1.5m∕s、2m∕s。

2.1 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=1s）

下料口开始放煤1s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图1所示，煤尘在下料口逆风方向存在一定区域的扩散，顺风方向存在一个较强的向上卷吸现象。逆风的扩散，是由于煤块放出的过程中煤块的下落具有一定的角度，且具有一定的速度，以及随着煤块下落冲击出的气流等也具有一定方向和大小的速度，导致下料口附近气流流动状态发生改变，在一定区域内产生湍流，使得煤尘获得了一个具有逆风运移的速度所导致；粉尘顺风漂移并卷吸的可能原因是巷道风流的风力夹带作用，导致颗粒较小质量相对较轻的粉尘颗粒可以顺风运动和向上漂移。

图1 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=1s）

2.2 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=5s）

下料口放煤5s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图2所示。

图2 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=5s）

随着落煤的持续，粉尘向远离下料口的方向大量扩散，并且扩散过程中粉尘沿着整个巷道断面向上下扩散的更加均匀和广阔。对比图中风速分别为1，1.5，2m∕s的情况，巷道风流速度越大，粉尘扩散的范围越广。结合图1，在逆风方向上粉尘（下料口逆风方向的斑点区域）的逆风扩散与巷道风流速度有一定关系，风流速度越小粉尘在下料口逆风漂移量和范围越大［4］。

2.3 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=10s）

下料口放煤10s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图3所示，对比风速为1、1.5、2m∕s粉尘在巷道内的分布情况，如前所述，风速越小粉尘在逆风方向扩散的范围越广，逆风方向一定范围内的粉尘浓度随着风速的降低而减少；同时在顺风方向，风速越大，粉尘扩散的越明显。对比巷道高度方向可以发现，距离下料口30m范围内，除去底板附近区域，离顶板越近粉尘的浓度越小，粉尘的扩散存在优先在距离底板一定高度向上扩散的趋势［5］。

图3 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=10s）

2.4 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=20s）

下料口放煤20s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图4所示，研究区域内，风速越低远离下料口的顺风方向处的粉尘浓度越高，主要原因在于风速较大时，风流对粉尘的风力输运过程较为强烈，在尘源的产尘强度不变，风流和产尘都持续发生的情况下，大风速对粉尘的输运能力更强，能将在此时期内所产生的粉尘大量地向更远处输送，而风速较低时则不具备这个条件和能力，由此可见提高风速可以起到降低粉尘危害的作用，但风速的提高同时也会带来粉尘污染区域的扩大，所以提高风速的同时应当适当的采取湿式除尘等其他除尘措施。

图4 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=20s）

2.5 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=30s）

图5 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=30s）

下料口放煤30s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图5所示。与以上各图基本具有相似的趋势，突然降低风速或局部出现风流断路等现象时，会导致该处的粉尘大量积聚，构成较为严重的粉尘危害。

2.6 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=40s）

图6 风速在1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=40s）

下料口放煤40s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图6所示。图中存在一个与图5类似的现象，即在顺风方向远离下料口15m以外的区域粉尘浓度在巷道高度方向的分布更加均匀，这也说明随着粉尘扩散和运移时间的延续在距离尘源一定范围内会出现粉尘的相对均匀部分或分布的不规则性大大降低［6］。

2.7 风速对转载点下料口粉尘运移的影响（t=50s）

图7 风速1m∕s、1.5m∕s、2m∕s对转载点下料口粉尘运移的影响（t=50s）

下料口放煤50s时，风速对转载点下料口粉尘运移的影响如图7所示。与图6对比显示，在风速相同的情况下这两个不同的时间点时粉尘在研究区域内的分布没有较大差别［7］-［8］。

3 结论

（1）下料口落煤初期，落煤口顺风侧会出现强烈的粉尘向上卷吸现象，同时还存在着逆风侧粉尘的逆风扩散；风流速度越小，粉尘的逆风扩散越强，但顺风卷吸变弱。

（2）顺风方向距离落煤口15m以内范围内，粉尘浓度存在明显的下高上低现象，风速越低此区域内上部的粉尘浓度越大；风速越小，粉尘在下料口逆风漂移的量和范围越大；风速越大，粉尘顺风扩散的范围越广。

（3）风速越低，远离下料口的顺风方向处的粉尘浓度越高；风速增大，粉尘浓度降低，但粉尘的运移范围也变大，即提高风速可以降低粉尘浓度，如果单独风流速度也会导致粉尘污染范围的扩大；如果尘源不是持续的或是尘源强度不大的情况下提高风速可以起到清洗风流，降低粉尘污染的作用，如果尘源持续且强度较大如主要运输大巷的落煤口持续放煤，这种条件下必须采取其他有效措施进行粉尘的治理，如落煤口设置集尘罩或是喷雾除尘设施等。

（4）本文未考虑皮带的逆风运行及皮带的震动等，如果考虑以上因素的影响，粉尘在下料口的逆风扩散将会更加强烈，且在顺风方向也会出现对巷道风流的扰动，所以都会影响粉尘的扩散与运移。