附壁風(fēng)筒徑向流量比及抽塵距離對綜掘工作面隔塵風(fēng)幕的影響

王昊，程衛(wèi)民，孫彪，于海明

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附壁風(fēng)筒徑向流量比及抽塵距離對綜掘工作面隔塵風(fēng)幕的影響

王昊1，2，程衛(wèi)民1，2，孫彪1，2，于海明1，2

（1山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東青島 266590；2山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東青島266590）

為明確附壁風(fēng)筒徑向流量所占壓風(fēng)總量的比例及抽風(fēng)筒的抽塵距離對綜掘區(qū)域隔塵風(fēng)幕形成及隔塵效果的影響，以蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為研究對象，運(yùn)用Ansys CFD軟件對附壁風(fēng)筒徑向流量比例為50%～90%、抽塵距離為2～5m條件下的風(fēng)流運(yùn)移及粉塵逸散情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析。結(jié)果顯示，徑向流量比例的增加、抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成有效隔塵風(fēng)幕。針對3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面，當(dāng)徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，能夠形成有效隔塵風(fēng)幕并將高濃度粉塵阻隔于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，風(fēng)流運(yùn)移模擬結(jié)果與風(fēng)流實測結(jié)果基本一致、風(fēng)流流速平均相對誤差低于13%，模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確。最優(yōu)風(fēng)幕參數(shù)條件下，距迎頭7m實測斷面處，平均總塵濃度降至18.6mg/m3，平均呼塵濃度降至8.1mg/m3，隔塵效果較為明顯。

附壁風(fēng)筒；徑向流量比例；抽塵距離；風(fēng)幕隔塵；數(shù)值模擬

長期以來，煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源。近年，隨著煤礦綜合機(jī)械化掘進(jìn)水平的提高，綜掘作業(yè)區(qū)域粉塵污染危害也愈發(fā)突出。煤塵因其固有理化特性使之在一定濃度條件下具有燃燒爆炸危險，同時還導(dǎo)致長期接塵的作業(yè)人員罹患塵肺病。據(jù)統(tǒng)計，僅2000—2015年，全國就發(fā)生煤塵爆炸事故14起，致使483人遇難。與此同時，國家衛(wèi)生計生委疾病預(yù)防控制局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2014年底，國內(nèi)已累計報告職業(yè)病853662例，其中塵肺病為776300例，占全國報告職業(yè)病例數(shù)的90.94%。

通風(fēng)除塵是煤礦綜掘作業(yè)廣泛采用的粉塵防治手段。國內(nèi)外學(xué)者提出，在傳統(tǒng)長壓短抽局部通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上利用附壁風(fēng)筒形成風(fēng)幕阻隔粉塵在綜掘區(qū)域的彌散，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)長壓短抽系統(tǒng)風(fēng)筒位置及風(fēng)量要求的缺陷，是行之有效的控除塵方法，并對風(fēng)幕隔塵技術(shù)開展了研究及應(yīng)用。現(xiàn)有研究成果主要集中于以下4個方面：①風(fēng)幕形成作用機(jī)理分析[1-3]；②附壁風(fēng)筒結(jié)構(gòu)改進(jìn)及技術(shù)體系構(gòu)建[4-6]；③單一通風(fēng)條件下附壁風(fēng)筒隔塵效果驗 證[7-8]；④附壁風(fēng)筒現(xiàn)場應(yīng)用安設(shè)位置參數(shù)優(yōu) 化[9-10]。然而，綜掘區(qū)域有效隔塵流場的形成受諸多因素影響，尤其是附壁風(fēng)筒的徑向流量比例（附壁風(fēng)筒徑向風(fēng)量/壓風(fēng)筒風(fēng)流總量）以及抽風(fēng)筒的抽塵距離。現(xiàn)有研究成果尚未對上述兩種因素影響下的隔塵風(fēng)幕流場變化及其隔塵效果進(jìn)行研究分析，導(dǎo)致附壁風(fēng)筒的現(xiàn)場應(yīng)用均憑借主觀經(jīng)驗，缺乏理論依據(jù)，應(yīng)用效果欠佳。為此，本文作者以蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為研究對象，利用Ansys CFD軟件，數(shù)值模擬分析二者影響下綜掘區(qū)域隔塵風(fēng)幕的流場變化及其隔塵效果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程應(yīng)用，以期能夠得到適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他綜掘工作面的風(fēng)幕隔塵最優(yōu)參數(shù)，為風(fēng)幕隔塵技術(shù)的合理應(yīng)用提供理論借鑒。

1 數(shù)學(xué)模型

綜掘工作面風(fēng)流場及粉塵場的運(yùn)移均為湍流流動，基于氣粒兩相流理論及風(fēng)流-粉塵流動特性，建立了能夠闡釋綜掘工作面風(fēng)流場及粉塵場運(yùn)移的時均方程組，見式(1)～式(5)[11-14]。

氣相連續(xù)方程

顆粒相連續(xù)方程

氣相動量方程

顆粒相動量方程

方程——湍流動能方程

2 幾何模型及邊界條件

2.1 幾何模型

為準(zhǔn)確反映風(fēng)流-粉塵流場在綜掘區(qū)域運(yùn)移狀態(tài)的變化，參照蔣莊煤礦3下610綜掘工作面實際生產(chǎn)狀況，運(yùn)用Solidworks軟件構(gòu)建其等比例幾何模型，如圖1所示。該模型包括綜掘巷道、綜掘機(jī)、壓風(fēng)筒、抽風(fēng)筒、附壁風(fēng)筒、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)7部分。其中，綜掘巷道為長35m、寬4m、高3.1m的長方體。綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)包括長6m、寬2.4m、高1.7m的長方體機(jī)體，長1.8m、直徑0.8m的圓柱體截割臂，長1.2m、直徑1m的截割頭，底盤。壓風(fēng)筒及抽風(fēng)筒均為直徑0.6m、中軸線距底板2.1m的圓柱體，壓風(fēng)筒的軸向出風(fēng)口距迎頭10m，抽風(fēng)筒的抽風(fēng)口分別距迎頭2～5m。附壁風(fēng)筒根據(jù)實物分別設(shè)置A、B兩種類型的徑向出風(fēng)條隙（A類型徑向出風(fēng)條隙——將半圓筒體三等分，取邊側(cè)兩道開弧長為π/3、寬0.05m的孔隙；B類型徑向出風(fēng)條隙——將半圓筒體五等分，取邊側(cè)兩道及中間一道弧長為π/5、寬0.05m的孔隙）。轉(zhuǎn)載機(jī)及輸送機(jī)均設(shè)置于綜掘機(jī)機(jī)體后部。圖1中，坐標(biāo)方向表示由巷道末端指向迎頭，方向表示由巷道底板指向頂板，方向表示由巷道壓風(fēng)側(cè)指向抽風(fēng)側(cè)。

2.2 邊界條件

將不同抽塵距離的3下610綜掘工作面幾何模型導(dǎo)入Ansys CFD軟件劃分網(wǎng)格并在Ansys Fluent中設(shè)置基本邊界條件，如圖2所示。將壓風(fēng)筒軸向出風(fēng)口，附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)條隙，抽風(fēng)筒抽塵口定義為VELOCITY_INLET，綜掘巷道末端斷面定義為PRESSURE_OUTLET，綜掘迎頭定義為Dust Source，其他面均定義為standard WALL。

經(jīng)實測，3下610綜掘工作面壓風(fēng)量約為250m3/min，除塵風(fēng)機(jī)額定處理風(fēng)量為400m3/min。為確保附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)條隙的出風(fēng)量能夠在巷道內(nèi)形成有效徑向風(fēng)流場，并仍有部分風(fēng)流由壓風(fēng)筒軸向出風(fēng)口吹出以排除迎頭有毒有害氣體，設(shè)置附壁風(fēng)筒徑向流量比例為50%～90%。根據(jù)徑向流量比例的設(shè)置，分別對附壁風(fēng)筒的徑向出風(fēng)條隙及壓風(fēng)筒的軸向出風(fēng)口賦予不同的風(fēng)量參數(shù)，具體參數(shù)設(shè)置如表1所示，抽風(fēng)筒抽塵風(fēng)速固定為23.58m/s。

3 數(shù)值模擬分析

結(jié)合3下610綜掘工作面實際工況，通過上述數(shù)學(xué)及幾何模型的建立，運(yùn)用Ansys-Fluent軟件對不同附壁風(fēng)筒徑向流量比例（50%～90%）及不同抽塵距離（2～5m）作用下的風(fēng)流運(yùn)移及粉塵逸散情況進(jìn)行模擬分析。

圖1 3下610綜掘工作面幾何模型

圖2 幾何模型網(wǎng)格及其邊界條件

表1 軸向及徑向風(fēng)量、風(fēng)速參數(shù)設(shè)置

3.1 綜掘工作面風(fēng)流運(yùn)移模擬結(jié)果

為掌握風(fēng)流由附壁風(fēng)筒吹出后的流動狀態(tài)，截取附壁風(fēng)筒前部距迎頭不同距離巷道斷面內(nèi)風(fēng)速矢量模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析。如圖3所示，部分風(fēng)流由附壁風(fēng)筒的徑向出風(fēng)條隙朝向巷道頂板、抽風(fēng)側(cè)巷道壁及巷道底板方向吹出，在附壁效應(yīng)作用下形成具有一定速度且能夠覆蓋巷道斷面空間的多徑向旋流風(fēng)幕。抽塵口的負(fù)壓作用使得旋流風(fēng)幕向綜掘區(qū)域軸向運(yùn)移，在此過程中其旋流特性不斷衰弱、風(fēng)流速度不斷降低、風(fēng)流方向開始由徑向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向。

為明確徑向流量比例及抽塵距離對綜掘區(qū)域風(fēng)幕狀態(tài)的影響，單獨列出了不同參數(shù)條件下距迎頭5m、7m縱斷面及距底板2.1m橫斷面內(nèi)的風(fēng)流矢量模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，如圖4、圖5及表2所示。

圖3 不同斷面內(nèi)旋流風(fēng)流場運(yùn)移狀態(tài)

圖4 不同參數(shù)條件下距迎頭5m、7m斷面內(nèi)風(fēng)流矢量模擬結(jié)果

圖5 不同參數(shù)條件下風(fēng)筒中軸線所處橫斷面風(fēng)流矢量模擬結(jié)果

表2 不同參數(shù)條件下綜掘區(qū)域不同斷面內(nèi)風(fēng)流場狀態(tài)

（1）附壁風(fēng)筒徑向流量比例增大，則壓風(fēng)筒軸向出風(fēng)口形成的軸向射流強(qiáng)度降低、流量減小，高速射流對其外部流體的卷吸作用減弱，使得相同抽塵距離條件下，抽風(fēng)負(fù)壓對綜掘區(qū)域內(nèi)流體運(yùn)移狀態(tài)的控制能力增強(qiáng)。與此同時，徑向流量的增加有利于形成速度較高且充分覆蓋巷道斷面的多徑向旋流風(fēng)幕，阻擋了巷道后部作業(yè)空間產(chǎn)塵在抽風(fēng)負(fù)壓作用下向迎頭方向的擴(kuò)散。如圖4及圖5(a)、圖5(b)所示，抽塵距離為2m、徑向流量比例為50%時，綜掘區(qū)域內(nèi)，壓風(fēng)側(cè)為指向迎頭的軸向射流，周圍流體受射流卷吸作用流向并匯入射流場，風(fēng)流分布不均。壓風(fēng)側(cè)風(fēng)速明顯高于抽風(fēng)側(cè)，距迎頭7m斷面內(nèi)平均風(fēng)速范圍為0.64～5.17m/s；當(dāng)徑向流量比例增至90%時，綜掘區(qū)域內(nèi)風(fēng)流呈指向迎頭的軸向流動，并在距迎頭5.7m的空間范圍內(nèi)形成了風(fēng)流狀態(tài)穩(wěn)定、風(fēng)流方向均指向綜掘迎頭、風(fēng)流速度及流量分布均勻的有效軸向隔塵風(fēng)流場即軸向隔塵風(fēng)幕，距迎頭7m斷面內(nèi)平均風(fēng)速范圍降至0.51～1.12m/s。

（2）抽塵距離增加，則抽風(fēng)負(fù)壓對綜掘區(qū)域內(nèi)風(fēng)流場的有效作用距離減小，這將導(dǎo)致相同徑向流量比例條件下，軸向射流場擴(kuò)散邊界與迎頭間距離隨之增大。當(dāng)軸向射流場風(fēng)量及射流強(qiáng)度不足以到達(dá)迎頭時，綜掘迎頭范圍內(nèi)將逐漸形成風(fēng)流流量低、風(fēng)流速度小、風(fēng)流方向紊亂的“隔塵流場盲區(qū)”，該盲區(qū)范圍隨抽塵距離及徑向流量比例的增加而逐漸擴(kuò)大，不利于形成有效的軸向隔塵風(fēng)幕。如圖5(c)、圖5(d)所示，徑向流量比例為90%，抽塵距離為4m時，壓風(fēng)筒軸向射流尚未運(yùn)移至綜掘迎頭，便在抽風(fēng)負(fù)壓作用下擴(kuò)散至抽風(fēng)口處。綜掘迎頭范圍內(nèi)僅有少量低速紊亂風(fēng)流，形成了距迎頭約3m范圍的“隔塵流場盲區(qū)”，此時隔塵風(fēng)幕位于距迎頭7m位置；當(dāng)抽塵距離進(jìn)一步增至5m時，盲區(qū)增至距迎頭4m范圍，風(fēng)幕與迎頭間距離增大至8m。

綜上所述可知，附壁風(fēng)筒徑向流量比例的增加、抽風(fēng)筒抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成軸向隔塵風(fēng)流場，當(dāng)徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2～3m，以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為4～5m時，均可在綜掘區(qū)域內(nèi)形成有效隔塵風(fēng)幕。但后者在綜掘迎頭形成了明顯的低風(fēng)速、低風(fēng)量的“隔塵流場盲區(qū)”，不利于迎頭有毒有害氣體的排除，對綜掘作業(yè)造成一定程度的安全 威脅。

3.2 綜掘工作面粉塵逸散模擬結(jié)果

在綜掘工作面不同徑向流量比例及抽塵距離條件下風(fēng)流運(yùn)移數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，添加粉塵源進(jìn)行粉塵逸散數(shù)值模擬分析。密度為2.1g/cm3的煤塵顆粒由綜掘迎頭噴射進(jìn)入巷道空間，煤塵顆粒呈Rosin-Rammler分布，最大塵粒粒徑為26.9μm，最小塵粒粒徑為0.85μm，塵粒中位粒徑為4.35μm。綜掘工作面粉塵在風(fēng)流作用下的逸散模擬結(jié)果如圖6所示，圖中彩色線條為粉塵流線，對應(yīng)“速度”彩虹數(shù)值柱，彩色云圖為高濃度粉塵團(tuán)，對應(yīng)“濃度”彩虹數(shù)值柱。不同參數(shù)條件下的粉塵逸散距離如圖7所示。

圖6 不同參數(shù)條件下粉塵逸散模擬結(jié)果

隨徑向流量比例的增加，綜掘區(qū)域風(fēng)流場逐步趨于均勻穩(wěn)定，使得相同抽塵距離條件下，粉塵逸散距離隨之降低。如圖6(a)、圖6(b)所示，抽塵距離為2m，徑向流量比例為50%時，受較高強(qiáng)度軸向射流影響，綜掘區(qū)域風(fēng)流場紊亂，粉塵在風(fēng)流攜帶作用下60s內(nèi)逸散至距迎頭14.6m空間范圍內(nèi)。當(dāng)徑向流量比例增至90%時，綜掘區(qū)域形成了有效隔塵風(fēng)幕，隔塵風(fēng)幕運(yùn)移方向恰好與粉塵逸散方向相反，使得高濃度粉塵在風(fēng)幕作用下集中于迎頭區(qū)域，逸散距離大幅降至5.8m。

圖7 不同參數(shù)條件下粉塵逸散距離

抽塵距離的增加，不利于在綜掘區(qū)域形成有效隔塵風(fēng)幕，同時還會產(chǎn)生一定范圍的“隔塵流場盲區(qū)”，導(dǎo)致相同徑向流量比例條件下，粉塵逸散距離隨抽塵距離的增加而增大。如圖6(c)、圖6(d)所示，徑向流量比例為70%、抽塵距離為2m時，綜掘區(qū)域風(fēng)流場趨于均勻穩(wěn)定，此時的粉塵逸散距離為11.2m。當(dāng)抽塵距離增至5m時，距迎頭3.7m范圍內(nèi)存在“隔塵流場盲區(qū)”，粉塵逸散距離快速增至16m。

綜上所述可知，當(dāng)徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，高濃度粉塵在隔塵風(fēng)幕的阻隔作用下，能夠集中于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)，為適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面的最優(yōu)風(fēng)幕隔塵參數(shù)。

4 工程應(yīng)用

蔣莊煤礦3下610綜掘工作面為煤巷綜掘面，現(xiàn)場實測瓦斯平均絕對涌出量為0.07m3/min、二氧化碳平均絕對涌出量為0.1m3/min，有毒有害氣體產(chǎn)量較低。3下610綜掘工作面實際生產(chǎn)過程中，采用長壓短抽式局部通風(fēng)系統(tǒng)，安設(shè)FBD NO5.6-2×15kW對旋局部壓入式通風(fēng)機(jī)、KCS-400D型濕式除塵風(fēng)機(jī)。附壁風(fēng)筒直徑0.6m，兩端分別與壓風(fēng)筒相連接，設(shè)置于距迎頭20m的頂板位置，濕式除塵風(fēng)機(jī)安設(shè)于附壁風(fēng)筒后部巷道空間，距迎頭約30～35m，現(xiàn)場裝配如圖8所示。

為驗證徑向流量比例及抽塵距離對風(fēng)幕隔塵影響的數(shù)值模擬結(jié)論，同時掌握附壁風(fēng)筒在不同通風(fēng)參數(shù)條件下的實際應(yīng)用效果，分別對徑向流量比例為50%、80%、90%，抽塵距離為2m、5m條件下3下610綜掘工作面內(nèi)風(fēng)流運(yùn)移及粉塵逸散情況進(jìn)行實測分析。

圖8 現(xiàn)場裝配示意圖

在3下610綜掘工作面現(xiàn)場距迎頭5m、7m斷面空間內(nèi)設(shè)置如圖9所示，在、、3個測點分別實測風(fēng)流流向及流速，同時在測點處設(shè)置粉塵采樣器獲取粉塵濃度。其中，、測點位于作業(yè)人員呼吸高度，測點位于綜掘司機(jī)作業(yè)高度?，F(xiàn)場風(fēng)流實測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比如表3所示，表中“s”表示數(shù)值模擬風(fēng)速方向及大小，“m”表示現(xiàn)場實測風(fēng)速方向及大小，“Δ”表示模擬風(fēng)速值與現(xiàn)場實測風(fēng)速值間的相對誤差，“¤”表示風(fēng)流指向迎頭方向，“?”表示風(fēng)流指向巷道末端，“↑”表示風(fēng)流由巷道底板指向頂板，“←”表示風(fēng)流由抽風(fēng)側(cè)指向壓風(fēng)側(cè)，“→”表示風(fēng)流由壓風(fēng)側(cè)指向抽風(fēng)側(cè)。現(xiàn)場粉塵逸散實測結(jié)果如表4所示。

圖9 現(xiàn)場實測測點布置

通過表3、表4數(shù)據(jù)分析可知，數(shù)值模擬得到的不同斷面測點位置風(fēng)流流向與實測風(fēng)流流向基本一致，風(fēng)流運(yùn)移數(shù)值模擬結(jié)果與實測風(fēng)流流速平均相對誤差低于13%，說明數(shù)值模擬結(jié)果是較為準(zhǔn)確的。粉塵逸散實測結(jié)果顯示，徑向流量比例的增加和抽塵距離減小，粉塵逸散距離隨之降低，相同測點位置的總塵及呼塵濃度均隨之減小。徑向流量比例為80%、90%，抽塵距離為2m時，距迎頭7m實測斷面內(nèi)風(fēng)流流向均為指向迎頭的軸向方向，說明該條件下在綜掘區(qū)域形成了有效的隔塵風(fēng)幕。

根據(jù)粉塵濃度實測數(shù)據(jù)，徑向流量比例為80%～90%，抽塵距離為2m時，距迎頭7m實測斷面內(nèi)，總塵濃度分別降至22.9mg/m3及14.2mg/m3，呼塵濃度分別降至9.7mg/m3及6.4mg/m3，平均總塵及呼塵濃度分別為18.6mg/m3及8.1mg/m3。說明在隔塵風(fēng)幕作用下，高濃度粉塵已被阻隔在迎頭范圍內(nèi)并通過濕式除塵風(fēng)機(jī)高效抽出凈化，隔塵效果較為顯著。

5 結(jié)論

（1）徑向流量比例的增加、抽塵距離的降低，有利于在綜掘區(qū)域形成軸向隔塵風(fēng)流場，當(dāng)徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2～3m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為4～5m時，均可在綜掘區(qū)域內(nèi)形成有效隔塵風(fēng)幕。但后者在綜掘迎頭形成了明顯的低風(fēng)速、低風(fēng)量的“隔塵流場盲區(qū)”，不利于迎頭有毒有害氣體的排除，對綜掘作業(yè)造成一定程度的安全威脅。

（2）當(dāng)徑向流量比例為80%、抽塵距離為2m以及徑向流量比例為90%、抽塵距離為2～3m時，高濃度粉塵在隔塵風(fēng)幕的阻隔作用下，能夠集中于距迎頭7.5m以內(nèi)的空間范圍內(nèi)，為適用于3下610綜掘工作面及與其生產(chǎn)條件相似的其他煤礦綜掘工作面的最優(yōu)風(fēng)幕隔塵參數(shù)。

（3）通過現(xiàn)場實測與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析可知，數(shù)值模擬結(jié)果與實測風(fēng)流流向基本一致，與實測風(fēng)流流速平均相對誤差低于13%，說明數(shù)值模擬結(jié)果是較為準(zhǔn)確的。當(dāng)徑向流量比例為80%～90%、抽塵距離為2m時，在隔塵風(fēng)幕作用下，距迎頭7m實測斷面內(nèi)，平均總塵濃度已降至18.6mg/m3，平均呼塵濃度降至8.1mg/m3，隔塵效果較為顯著。

表3 風(fēng)流運(yùn)移數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場實測對比

表4 粉塵逸散實測結(jié)果

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The effects of wind-splitting of a wall-attached air duct and dust exhaust distance on dust barrier air curtain in a fully mechanized working face

WANG Hao1，2，CHENG Weimin1，2，SUN Biao1，2，YU Haiming1，2

（1State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-found by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，Shandong，China；2College of Mining and Safety Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，Shandong，China）

To clarify the effects of wind-splitting ratio of a wall-attached air duct and dust exhaust distance on the air curtain formation and dust barrier effectiveness in the fully mechanized working area，3down610 fully mechanized working face in Jiangzhuang coal mine was developed. The airflow migration and dust diffusion for various wind-splitting ratios （50%—90%） and dust exhaust distances （2—5m）were numerically simulated by Ansys CFD. The results showed that the increase of wind-splitting ratio and decrease of dust exhaust distance are both conducive to the formation of effective dust barrier air curtain. For 3down610 fully mechanized working face and those working faces with similar production conditions，an effective dust barrier air curtain can be formed under the parameters of both the wind-splitting ratio-80% with dust exhaust distance-2m and wind-splitting ratio-90% with dust exhaust distance-2—3m. For these parameters，the high concentration dust can be blocked within the area 7.5m from the working face. The measured results indicate that simulation results generally agree with each other in terms of air flow direction，the average relative error of air flow velocity is less than 13%. By applying the optimal parameters，the average total dust concentration and average respiratory dust concentration in measured section 7m away from the working face are decreased to 18.6mg/m3and 8.1mg/m3，respectively. It demonstrates that the dust barrier effect is significant.

wall-attached air duct；wind-splitting ratio；dust exhaust distance；air curtain dust barrier；numerical simulation

TD714.4

A

1000-6613（2017）10-3610-09

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0695

2017-04-19；

2017-06-13。

國家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合基金重點項目（U1261205）、國家自然科學(xué)基金青年基金（51404147）、中國博士后科學(xué)基金第57批面上一等項目（2015M570601）及研究生科技創(chuàng)新項目（SDKDYC170101）。

王昊（1990—），男，博士研究生，從事礦井粉塵災(zāi)害防治方面研究。E-mail：wanghao1990_andy@163.com。

程衛(wèi)民，教授，博士生導(dǎo)師，從事礦井災(zāi)害預(yù)測與防治方向的研究。E-mail： chengmw@163.com。