高原环境下矿井最低排尘风速的数值模拟

为降低高海拔矿井开采过程中的粉尘污染,改善通风除尘效果,减少矿井粉尘对作业人员的危害,依据圆管湍流特征对井巷风流分布规律和粉尘受力情况进行分析,建立了最低排尘风速的理论模型;并根据海拔上升导致的环境参数改变,对排尘风速的变化进行定量分析。根据实测结果,以拉萨市甲玛矿4490分层6号探矿巷为研究背景,采用Soildworks和ANSYS建立掘进工作面通风除尘模型。在风流流场模拟的基础上,对不同海拔高度下各粒径的粉尘运动轨迹进行数值模拟研究。结果表明,粉尘在风流的携带作用下向前扩散,粒径越小,扩散距离越远;当海拔上升环境参数改变后,粉尘颗粒的受力情况发生变化,运动状态也随之改变。在相同风速条件下,当海拔升高后,颗粒沉降速度增大,扩散距离变短,风流中粉尘质量流率下降,特别是呼吸性粉尘;0.25 m/s的风速难以将呼尘全部携带排出工作面,存在二次飞扬的可能,所以高原环境下的排尘风速应随环境参数变化进行调整。因此,为了将作业过程中产生的呼尘排出工作面,对各个海拔高度不同风速下的工作面沿程呼尘质量浓度变化进行分析,得到了不同海拔高度的最低排尘风速。将模拟得到的风速值与理论模型进行比较分析,误差均在3%以下,所以该模型可用于确定不同海拔高度的最低排尘风速,以便于高原矿井需风量的准确计算。