掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究*

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。     

掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制

针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题，研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的整体架构进行分析，基于流场相似与模化理论对掘进面进行了相似还原设计，确定了风速、瓦斯及粉尘隐患监测点位置，完成了基于ZigBee及GPRS技术的数据采集及传输架构，利用PLC控制技术实现了风流智能调控装置的动态调控，并研发了上位机系统。以柠条塔矿S1202掘进面为对象，对研制的风流监测及适应性智能调控原型系统进行了测试，结果表明：出风口距迎头5 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了48.94%和34.36%,平均瓦斯体积分数降低了41.18%;出风口距迎头10 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了38.04%和41.36%,平均瓦斯体积分数降低了43.02%,验证了风流适应性智能调控的可行性。