采煤机截割粉尘的扩散运移行为基础研究

在截割粉尘扩散运移的层次上，速度场和浓度场紧密联系并相互转化。本项目针对采煤机滚筒旋转形成旋涡风流场和工作面风流两种影响因素作用问题，展开比较深入的理论研究和数值模拟，以期从力学和物理学的角度，增进对截割粉尘湍流场的物理机制和基本规律的认识。考虑两种外力耦合的影响，建立截割粉尘扩散运移的数学模型，为揭示截割粉尘扩散运移特征和分布规律提供有效的分析手段；发展具有抛出速度的非均匀粉尘源条件下，湍流场中的两相流数值模拟方法，以解决多物理场、高度非线性的、旋动边界的粉尘扩散运移问题；对工作面风流状况、采煤机牵引方向和速度、滚筒螺旋叶片头数及相关结构参数等因素对截割粉尘扩散运移的影响进行系统的理论分析和研究；在此基础上，研究控制滚筒截割粉尘的有效喷雾降尘方法，进而对喷嘴位置、喷雾方向和喷雾带长度进行定量分析研究，研究成果为采煤机截割粉尘提供科学的理论指导，以满足煤矿企业工作面喷雾降尘的迫切需要。

采煤机截割粉尘对工作面造成的危害程度从业者、研究者都很清楚，国内外对这类问题的研究很重视。清楚截割粉尘扩散运移行为，目的是为了更好地治理、清除截割粉尘，减少其危害，改善作业环境。我们针对截割粉尘在受限空间的扩散运移行为进行了深入研究。首先，考虑采煤机滚筒旋转产生旋涡风流和工作面风流耦合作用影响，建立了截割粉尘扩散运移数学模型，揭示截割粉尘在受限空间的扩散运移和分布规律，结果表明：割煤滚筒旋转产生旋涡风流形成的诱导气流作用，在滚筒靠近机身侧距底板与煤壁区域使截割粉尘浓度出现峰值。同时，和工作面风流耦合作用，在滚筒与机身之间的滚筒下四分之一圆周处区域、溜槽上部靠近机身侧的附近区域也使截割粉尘浓度出现峰值。实验室试验和现场试验也进一步证实这种现象。在此基础上，研究控制截割粉尘的有效喷雾降尘方法。采用微雾抑尘方式，设计研究了喷嘴位置、喷雾方向、喷嘴数量配置、喷雾带长度等问题，应用效果表明：顺风割煤人行道降尘率达到85%~90%左右；逆风割煤人行道降尘率达到75%~80%左右；采煤机司机处粉尘浓度下降显著，达到20mg/m3以下，改善了采煤机司机作业环境，实现了预期目标。课题的成果具有推广应用价值。