Effects of air curtain dust control parameters on dust pollution in fully mechanized mining faces
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摘要: 气幕控尘效果受压抽风及径向分风多要素影响，而现有研究多局限于某单一要素对气幕控尘的影响规律。为掌握气幕控尘参数对综掘工作面粉尘污染的影响，对不同径向分风流量和负压控尘流量条件下的风流场演变和粉尘场扩散开展了数值模拟研究。结果表明：① 径向分风流量主要影响轴向射流场的卷吸效应，负压控尘流量主要影响工作面的抽风负压作用，当径向分风流量与压风总流量比值≥0.8、压风总流量与负压控尘流量比值＜1.0时，气幕运移至射流区域时转变为轴向运移，形成厚度≥1.4 m的轴向控尘流场。② 径向分风流量及负压控尘流量越大，巷道压抽风侧风流流量及风速分布越均匀，粉尘扩散距离越小，掘进机司机处粉尘质量浓度越低。在此基础上，确定了综掘工作面气幕控尘优化参数：径向分风流量为288 m3/min（径向分风流量与压风总流量比值为0.9），负压控尘流量为426 m3/min（压风总流量与负压控尘流量比值为0.75）。经现场实测，应用气幕控尘优化参数后，掘进机司机处降尘率达93.5%，人员作业环境得到明显改善。Abstract: The effectiveness of air curtain dust control is influenced by various factors, including suction ventilation and radial airflow distribution. Existing research is largely limited to the effects of single factors on air curtain dust control. To understand the impact of dust control parameters on dust pollution in fully mechanized mining faces, numerical simulations were conducted to investigate the evolution of airflow and dust dispersion under different conditions of radial airflow distribution and negative pressure dust control. The results indicated that: ① Radial airflow distribution primarily affected the entrainment effect of the axial jet field, while negative pressure dust control flow mainly influenced the negative pressure effect of suction at the working face. When the ratio of radial airflow distribution to total air supply was not less than 0.8 and the ratio of total air supply to negative pressure dust control flow was less than 1.0, the air curtain transitioned to axial movement in the jet region, forming an axial dust control flow field with a thickness of not less than 1.4 m. ② As radial airflow distribution and negative pressure dust control flow increased, the airflow quantity and speed distribution on the suction side of the tunnel became more uniform, leading to reduced dust dispersion distance and lower dust mass concentration at the operator's position. Based on these findings, the optimized parameters for air curtain dust control in fully mechanized mining faces were determined: radial airflow distribution at 288 m³/min (with a ratio of radial airflow distribution to total air supply of 0.9) and negative pressure dust control flow at 426 m³/min (with a ratio of total air supply to negative pressure dust control flow of 0.75). Field measurements showed that after applying the optimized air curtain dust control parameters, the dust reduction rate at the operator's position reached 93.5%, significantly improving the working environment.
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0. 引言
综掘工作面是煤矿井下的关键生产区域，掘进机切割煤岩时瞬间释放的粉尘质量浓度可高达3 000 mg/m³。高浓度粉尘在巷道内随风流扩散引发较为严重的粉尘污染，对矿工职业健康和企业安全生产构成威胁[1-3]。
长压短抽式局部通风系统是煤矿综掘工作面常用的控除尘技术，通过轴向压风流场分风形成径向气幕，配合除尘通风机的负压控尘流场，能够有效控制粉尘扩散。国内外学者针对综掘工作面气幕控尘规律开展了深入研究。Wang Pengfei等[4]、Li Yongjun等[5]、张义坤等[6]、陈芳等[7]通过数值模拟和模型实验，探究了传统径向气幕对粉尘扩散的阻控效果，确定了有效压抽风量比。Gui Changgeng等[8]运用数值模拟揭示了不同气幕参数下粉尘在时间和空间变量下的分布特征，获得了能有效降低司机位置粉尘质量浓度的初始气幕风速和气幕倾角。刘荣华等[9]设计了双径向旋流屏蔽通风控尘方案，降低了掘进机产尘和转载点扬尘对司机的影响，优化了压抽风量比。Wang Hao等[10]、Yin Shuai等[11]、Hua Yun等[12]针对新型多径向附壁旋流气幕系统，通过实验测试、数值模拟、工程实测，研究分析了不同通风条件下的气幕阻尘效果。夏丁超等[13]通过数值模拟分析了径向出风距离等因素对气幕控尘效果的影响。
上述研究成果不仅丰富了气幕控尘理论，也为其应用提供了指导。但气幕控尘效果受压抽风及径向分风多要素影响，而现有成果多局限于某单一要素对气幕控尘的影响规律研究。因此，本文以径向分风流量与负压控尘流量作为变量，通过数值模拟与现场实测，针对上述变量耦合条件下的风流场演变和粉尘场扩散开展研究，从而获得最优气幕控尘参数，为综掘工作面精准控尘技术发展提供理论指导。
1. 模型构建
1.1 数学模型
综掘巷道内风流场并不复杂，风流中粉尘体积浓度低于10%，因此，将风流、粉尘分别视为连续相和离散相，运用Euler−Lagrange模型开展模拟运算[14-16]。其中，Standard κ−ε模型用于求解连续相运动，颗粒随机轨道模型用于求解离散相运动。模拟运算中涉及的主要控制方程如下。
$$ \frac{{\partial (\rho \kappa )}}{{\partial t}} + \frac{{\partial (\rho \kappa {u_{\mathrm{i}}})}}{{\partial {x_{\mathrm{i}}}}} = \frac{\partial }{{\partial {x_{\mathrm{j}}}}}\left[ {\left( {\mu + \frac{{{\mu _{\mathrm{t}}}}}{{{\sigma _\kappa }}}} \right)\frac{{\partial \kappa }}{{\partial {x_{\mathrm{j}}}}}} \right] + {G_\kappa } - \rho \varepsilon $$ (1) 式中：ρ为密度，kg/m3；$ \kappa $为湍流动能，m2/s2；t为时间，s；ui为流体横向速度分量，m/s；xi，xj分别为流体横向、纵向位移分量，m；μ为流体动力黏度，Pa·s；μt为流体湍动黏度，Pa·s；σκ为湍流动能的湍流普朗特数，取值1.0；Gκ为由于平均运动速度梯度而产生的湍流动能生成项，kg/（m·s3）；ε为湍流动能耗散率，m2/s3。
$$ \begin{split} \frac{{\partial (\rho \varepsilon )}}{{\partial t}} + \frac{{\partial (\rho \varepsilon {u_{\mathrm{i}}})}}{{\partial {x_{\mathrm{i}}}}} = & \frac{\partial }{{\partial {x_{\mathrm{j}}}}}\left[ {\left( {\mu + \frac{{{\mu _t}}}{{{\sigma _\varepsilon }}}} \right)\frac{{\partial \varepsilon }}{{\partial {x_{\mathrm{j}}}}}} \right] + \\ & \frac{1}{{\sqrt 2 }}\rho {C_1}\varepsilon \left( {\frac{{\partial {u_{\mathrm{j}}}}}{{\partial {x_{\mathrm{i}}}}} + \frac{{\partial {u_{\mathrm{i}}}}}{{\partial {x_{\mathrm{j}}}}}} \right) - \rho {C_2}\frac{{{\varepsilon ^2}}}{{\kappa + \sqrt {v\varepsilon } }} \end{split} $$ (2) 式中：σε为湍流动能耗散率的湍流普朗特数，取值1.2；C1为常数，用于调整和优化模型的预测精度，取经验值1.4；uj为流体纵向速度分量，m/s；C2为常数，用于调整和优化模型的预测结果，取经验值1.9；v为平均速度，m/s。
$$ \frac{\mathrm{d}u_{\text{p}}}{\mathrm{d}t}=F_{\text{D}}+\frac{g(\rho_{\text{p}}-\rho)}{\rho_{\text{p}}}+F_{\mathrm{x}} $$ (3) 式中：up为颗粒运动速度，m/s；FD为单位质量颗粒运动受到的黏性阻力，m/s2；g为重力加速度，m/s2；ρp为颗粒密度，kg/m3；Fx为单位质量颗粒所受的其他作用力，m/s2。
1.2 几何模型
利用SolidWorks软件构建综掘巷道等比例几何模型，如图1所示。其中，巷道为长80 m、宽5.54 m、高3.8 m的长方体结构，内部设置掘进机、转载运输设施等大型设备。通风装置为压抽风筒及用于形成气幕的附壁风筒，风筒直径均为0.8 m，悬挂高度为2.4 m。压风口与工作面间的射流距离为10 m，抽风口与工作面间的控尘距离为2 m，附壁风筒的气幕径向出风口与工作面间的气幕运移距离为20 m。
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图 1 综掘巷道等比例几何模型Figure 1. Proportional geometric model of fully mechanized excavation roadway2. 网格划分与边界条件设置
2.1 网格划分
利用ANSYS Mesh软件，根据模型尺寸及模拟需求，分别采用最大尺寸为0.1，0.2，0.3 m的非结构性四面体网格对几何模型进行网格划分。利用3种网格开展实际工况条件下的风流运移模拟，在距工作面3，5，7，10，15，20 m的人行道呼吸带高度设置一个风速提取点，获取不同网格条件下的风速数据进行对比，结果如图2所示。
由图2可知，3种网格条件下风速变化规律一致，说明网格具有独立性。最大网格尺寸为0.1，0.2 m时获得的数据差距很小，说明对于该模型，更小的网格尺寸不会显著改善模拟结果。考虑数值模拟计算量，本文选择最大网格尺寸0.2 m开展数值模拟，该条件下共获得1 151 346个网格，平均网格质量为0.88 513，能够满足数值模拟需求。
2.2 边界条件设置
利用ANSYS Fluent软件对几何模型设置边界条件，包含速度入口、压力出流、标准壁面3种边界类型。其中，压风口、抽风口、气幕径向出风口为速度入口边界，巷道末端面为压力出流边界，其他实体表面均为标准壁面边界。
根据实测数据，巷道压风总流量qp为320 m3/min，为掌握径向分风流量qr与负压控尘流量qe对风流场演变的影响，数值模拟时固定qp不变，设置qr=160，192，224，256，288 m3/min，对应qr/qp=0.5，0.6，0.7，0.8，0.9；设置qe=640，427，320，256，213 m3/min，对应qp/qe=0.50，0.75，1.00，1.25，1.50。
将工作面设置为尘源面，根据现场采样煤尘颗粒特性实验测定结果，设置颗粒相基本参数，见表1。
表 1 颗粒相基本参数Table 1. Basic parameters of particle phase参数 设置 注入方式 表面喷射 质量流率/（kg·s−1） 0.002 8 最小粒径/m 8.2×10−7 中位粒径/m 4.83×10−6 最大粒径/m 2.65×10−5 扩散系数 3.5 3. 模拟结果分析
3.1 径向分风对风流−粉尘运移的影响
为了明确径向分风流量qr对风流场演变的影响，图3展示了气幕断面风流分布，图4、图5分别展示了不同qr条件下巷道风流流线分布及距工作面7 m的掘进机司机所在断面风速分布。
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图 4 不同qr条件下巷道风流流线分布Figure 4. Airflow lines distribution in roadway under different distribution quantity of radial airflow （qr） conditions![]()
图 5 不同qr条件下掘进机司机所在断面风速分布Figure 5. Wind speed distribution at the section where the roadheader driver is located under different qr conditions1） 风流由径向气幕出风口射出后，环绕巷道边壁流动并相互撞击扰动，在断面内形成由多个涡旋构成的径向旋流气幕。当qr=160，192，224 m3/min（即qr/qp≤0.7）时，压风口的轴向射流速度分别为5.31，4.24，3.18 m/s，高速射流对巷道空间内的流体产生明显卷吸效应，气幕运移至射流区域时受卷吸作用形成向+Z方向的偏移并汇入射流场，导致自压风口至工作面的沿程巷道空间内风流状态较为紊乱。待轴向射流撞击工作面后形成由−Z方向向−X方向的转向并汇集入抽风口。未被抽出的风流在惯性作用下继续沿−X方向运移，沿程风速降低并分别在距工作面9.5，7.8，5.5 m的临界位置再次被卷吸汇入射流场。该现象导致形成循环流场，使得巷道压抽风侧风流流量及风速分布不均、方向紊乱。qr=160，192，224 m3/min条件下，掘进机司机所在断面内，轴向射流场最高风速分别为3.58，2.77，2.18 m/s，射流场外部空间平均风速区间分别为0.32～1.09，0.34～0.95，0.36～0.81 m/s。
2） 当qr=256，288 m3/min（即qr/qp≥0.8）时，轴向射流速度大幅降至2.12，1.06 m/s，对周围流体的卷吸效应显著削弱。气幕运移至射流区域时在抽风口的负压作用下逐渐转变为沿+X方向运移，该区域压抽风侧风流流量、流速分布也逐步趋于均匀。qr=256，288 m3/min条件下，在距工作面4.9～6.3，4.7～7.2 m范围内分别形成了厚度为1.4，2.5 m的轴向控尘流场，掘进机司机所在断面内平均风速区间分别为0.39～0.72，0.43～0.69 m/s。
为掌握不同qr条件下巷道内粉尘污染发展规律，图6展示了不同qr条件下巷道内粉尘扩散云图，运用Origin软件分别拟合粉尘扩散距离D、掘进机司机处粉尘质量浓度C与qr/qp间的数学关系，如图7、图8所示。
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图 6 不同qr条件下巷道内粉尘扩散云图Figure 6. Cloud map of dust diffusion in roadway under different qr![]()
图 7 D与qr/qp间数学关系Figure 7. Mathematical relationship between dust diffusion distance（D） and qr/total quantity of pressure airflow（qp）![]()
图 8 C与qr/qp间数学关系Figure 8. Mathematical relationship between dust concentration at roadheader driver's position（C） and qr/qp由图6、图7可知，随着qr增大，D减小，先由qr=160 m3/min时的21.7 m大幅降至qr=192 m3/min时的17.0 m，然后进一步降至qr=224 m3/min时的13.2 m；当qr/qp≥0.8（即qr=256，288 m3/min）时，粉尘能够被控制在距工作面10 m以内的空间范围，D分别降至9.6，8.2 m。D与qr/qp间的数学关系满足经验公式：
$$\begin{aligned}& D = 26.269 + 23.167\frac{{{q_{\text{r}}}}}{{{q_{\text{p}}}}} - 178.929{\left( {\frac{{{q_{\text{r}}}}}{{{q_{\text{p}}}}}} \right)^2} + 108.333{\left( {\frac{{{q_{\text{r}}}}}{{{q_{\text{p}}}}}} \right)^3} \\[-10pt] & {}\end{aligned} $$ (4) 由图6、图8可知，随着qr增大，C减小，先由qr=160 m3/min时的126.7 mg/m3减小至qr=192 m3/min时的101.5 mg/m3，随后进一步减小至qr=224 m3/min时的72.6 mg/m3；当qr/qp≥0.8（即qr=256，288 m3/min）时，C大幅降至50 mg/m3以下，分别为29.4，26.8 mg/m3。C与qr/qp间的数学关系满足经验公式：
$$ C = 365.5 - 580.9\frac{{{q_{\text{r}}}}}{{{q_{\text{p}}}}} + 257.5{\left( {\frac{{{q_{\text{r}}}}}{{{q_{\text{p}}}}}} \right)^2} $$ (5) 3.2 负压控尘对风流−粉尘运移的影响
为明确负压控尘流量qe对风流场演变的影响，图9、图10分别展示了不同qe条件下巷道风流流线分布及掘进机司机所在断面的风速分布。
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图 9 不同qe条件下巷道风流流线分布Figure 9. Airflow lines distribution in roadway under different extraction airflow quantity for dust control（qe） conditions![]()
图 10 不同qe条件下掘进机司机所在断面风速分布Figure 10. Wind speed distribution at the section where the roadheader driver is located under different qe1） qe≤qp（即qp/qe≥1.0）时，随着qe减小，工作面的负压强度逐步降低，抽风口风速分别为10.61 m/s（qe=320 m3/min）、8.49 m/s（qe=256 m3/min）及7.06 m/s（qe=213 m3/min），巷道压抽风侧风流流量、风速相差较为悬殊。qe=320，256，213 m3/min条件下，轴向射流的卷吸效应是主导巷道流场分布的关键因素，未能及时被抽出的含尘污风再次受卷吸作用与轴向射流汇集，导致形成循环流场。当qe=256，213 m3/min（即qp/qe=1.25，1.5）时，分别在距工作面6.7，7.8 m内形成循环流场，使得掘进机司机所在断面内风流方向紊乱，顶板处部分风流沿−Z方向运移。qe=320，256，213 m3/min时，掘进机司机所在断面平均风速区间分别为0.32～0.88，0.25～0.98，0.20～1.27 m/s。
2） qe＞qp（即qp/qe＜1.0）时，轴向射流卷吸效应大幅减弱，抽风负压作用成为主导巷道流场分布的关键因素，此时，抽风口风速分别为21.22 m/s（qe=640 m3/min）、14.16 m/s（qe=427 m3/min），巷道压抽风侧风流流量、风速分布趋于均衡，随着qe增大，风流方向逐步转变为沿+X方向运移。qe=640，427 m3/min条件下，在距工作面4.4～8.6，4.9～6.3 m区域分别形成了厚度为4.2，1.4 m的轴向控尘流场，掘进机司机所在断面平均风速区间分别为0.46～0.70，0.39～0.72 m/s。
为掌握不同qe条件下巷道内粉尘污染发展规律，图11展示了不同qe条件下巷道内粉尘扩散云图，运用Origin软件分别拟合粉尘扩散距离D、掘进机司机处粉尘质量浓度C与qp/qe间的数学关系，如图12、图13所示。
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图 11 不同qe条件下巷道内粉尘扩散云图Figure 11. Cloud map of dust diffusion in roadway under different qe由图11、图12可知，随着qe增大，D减小，先由qe=213 m3/min时的21.2 m降至qe=256 m3/min时的18.6 m，然后进一步降至qe=320 m3/min时的15.8 m。当qp/qe＜1（即qe=640，427 m3/min）时，粉尘能够被控制在距工作面10 m以内的空间范围，D分别大幅降至8.3，9.6 m。D与qp/qe间的数学关系满足经验公式：
$$ D = 21.4 - 60.071\frac{{{q_{\text{p}}}}}{{{q_{\text{e}}}}} + 80.686{\left( {\frac{{{q_{\text{p}}}}}{{{q_{\text{e}}}}}} \right)^2} - 27.2{\left( {\frac{{{q_{\text{p}}}}}{{{q_{\text{e}}}}}} \right)^3} $$ (6) 由图11、图13可知，随着qe增大，C降低，由qe=213 m3/min时的97.2 mg/m3减小至qe=256 m3/min时的78.5 mg/m3，随后进一步减至qe=320 m3/min时的53.7 mg/m3。当qp/qe＜1（即qe=640，427 m3/min）时，掘进机司机处粉尘质量浓度大幅降至50 mg/m3以下，分别为22.6，29.4 mg/m3。C与qp/qe间的数学关系满足经验公式：
$$ C = 1.26 + 23.78\frac{{{q_{\text{p}}}}}{{{q_{\text{e}}}}} + 27.77{\left( {\frac{{{q_{\text{p}}}}}{{{q_{\text{e}}}}}} \right)^2} $$ (7) 4. 现场实测
径向分风流量qr及负压控尘流量qe越大，气幕控尘效果越好，但除尘通风机风量越大，噪声污染越严重，由此确定气幕控尘优化参数：qr=288 m3/min（qr/qp=0.9），qe=426 m3/min（qp/qe=0.75）。
为明确气幕控尘优化参数的实际效果，在距工作面2，5，7 m的位置设置3个风流实测断面，距工作面3，7，25，50，100 m的位置设置5个粉尘质量浓度实测断面。其中，每个风流实测断面上设置3个风速测点，分别为a（距压风侧壁面0.69 m，距底板1.55 m）、b（距压风侧壁面2.77 m，距底板2.8 m）、c（距压风侧壁面4.85 m，距底板1.55 m）；在每个粉尘质量浓度实测断面的人员呼吸带设置粉尘采样点。各测点风速、风流方向实测与模拟结果对比见表2，表中“¤”代表向巷道轴向运移，“→”代表向巷道压风侧方向偏移，“↑”代表向巷道顶板方向偏移。
表 2 风流运移实测与模拟结果对比Table 2. Comparison of measured and simulated results of airflow migration测点 风速 断面距工作面距离/m 2 5 7 a 实测值/（m·s−1） ¤, 0.41 ¤, 0.47 ¤, 0.51 模拟值/（m·s−1） →, 0.42 ¤, 0.49 ¤, 0.52 相对误差/% 3.95 3.72 2.14 b 实测值/（m·s−1） →, 0.46 ¤, 0.51 ¤, 0.54 模拟值/（m·s−1） ¤, 0.49 ¤, 0.54 →, 0.55 相对误差/% 7.27 5.65 1.86 c 实测值/（m·s−1） ↑, 0.44 ¤, 0.45 ¤, 0.49 模拟值/（m·s−1） ↑, 0.47 ¤, 0.47 ¤, 0.51 相对误差/% 6.03 5.32 3.26 由表2可知，风流实测结果与数值模拟结果较为一致，a，b，c 3个测点的平均相对误差分别为3.27%，4.93%，4.87%，相对误差保持在较低水平，这表明数值模拟所得到的风流场状态较为准确。
粉尘质量浓度测定包含3个环节：环节I，测定无控尘措施的原始粉尘质量浓度；环节II，应用传统长压短抽式局部通风系统，测算各测点粉尘质量浓度及降尘率；环节III，应用气幕控尘系统及优化参数，测算各测点粉尘质量浓度及降尘率。不同环节各测点粉尘质量浓度及降尘率实测结果见表3。
表 3 不同环节各测点粉尘质量浓度及降尘率Table 3. Dust mass concentration and dust reduction rate at different measuring points in different stages环节 数据类型 距工作面距离/m 3 7 25 50 100 Ⅰ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）705.3 501.2 326.5 255.3 208.6 Ⅱ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）251.3 163.4 125.2 100.8 84.9 降尘率/% 64.4 67.4 61.7 60.5 59.3 Ⅲ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）231.5 32.4 25.1 20.7 17.1 降尘率/% 67.2 93.5 92.3 91.9 91.8 由表3可知，实施环节I时，距工作面3 m处粉尘质量浓度最高，达705.3 mg/m3，距工作面7 m的掘进机司机处次之，为501.2 mg/m3，距工作面100 m处粉尘质量浓度最小，但仍达208.6 mg/m3。实施环节II时，各处粉尘质量浓度均有一定程度降低，距工作面3 m处降尘率为64.4%，其余4处平均降尘率为61.9%，但掘进机司机处粉尘质量浓度仍高达163.4 mg/m3，说明粉尘对巷道环境污染依旧十分严重。实施环节III时，距工作面3 m处降尘率为67.2%，其余4处平均降尘率为93.5%，掘进机司机处的粉尘质量浓度降至32.4 mg/m3，说明人员作业环境得到了明显改善，优化参数后的气幕控尘系统能够有效降低巷道粉尘质量浓度。
5. 结论
1） qr/qp≤0.7时，轴向射流对巷道空间内的流体产生明显卷吸效应，气幕运移至射流区域时形成循环流场。qr/qp≥0.8时，气幕运移至射流区域后逐渐转变为轴向运移。qr=256，288 m3/min时分别形成了厚度为1.4，2.5 m的轴向控尘流场。
2） qp/qe≥1.0时，轴向射流的卷吸效应导致未被抽出的含尘污风形成循环流场。qp/qe＜1.0时，抽风负压作用成为主导巷道流场分布的关键因素。qe=427，640 m3/min时，分别形成了厚度为1.4，4.2 m的轴向控尘流场。
3） 随着qr和qe增大，粉尘扩散距离和掘进机司机处粉尘质量浓度均减小。确定了气幕控尘优化参数：qr=288 m3/min（qr/qp=0.9），qe=426 m3/min（qp/qe=0.75）。应用优化参数后，掘进机司机处降尘率达93.5%，人员作业环境得到明显改善。
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图 1 综掘巷道等比例几何模型
Figure 1. Proportional geometric model of fully mechanized excavation roadway
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图 4 不同qr条件下巷道风流流线分布
Figure 4. Airflow lines distribution in roadway under different distribution quantity of radial airflow （qr） conditions
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图 5 不同qr条件下掘进机司机所在断面风速分布
Figure 5. Wind speed distribution at the section where the roadheader driver is located under different qr conditions
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图 6 不同qr条件下巷道内粉尘扩散云图
Figure 6. Cloud map of dust diffusion in roadway under different qr
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图 7 D与qr/qp间数学关系
Figure 7. Mathematical relationship between dust diffusion distance（D） and qr/total quantity of pressure airflow（qp）
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图 8 C与qr/qp间数学关系
Figure 8. Mathematical relationship between dust concentration at roadheader driver's position（C） and qr/qp
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图 9 不同qe条件下巷道风流流线分布
Figure 9. Airflow lines distribution in roadway under different extraction airflow quantity for dust control（qe） conditions
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图 10 不同qe条件下掘进机司机所在断面风速分布
Figure 10. Wind speed distribution at the section where the roadheader driver is located under different qe
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图 11 不同qe条件下巷道内粉尘扩散云图
Figure 11. Cloud map of dust diffusion in roadway under different qe
表 1 颗粒相基本参数
Table 1 Basic parameters of particle phase
参数 设置 注入方式 表面喷射 质量流率/（kg·s−1） 0.002 8 最小粒径/m 8.2×10−7 中位粒径/m 4.83×10−6 最大粒径/m 2.65×10−5 扩散系数 3.5 
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表 2 风流运移实测与模拟结果对比
Table 2 Comparison of measured and simulated results of airflow migration
测点 风速 断面距工作面距离/m 2 5 7 a 实测值/（m·s−1） ¤, 0.41 ¤, 0.47 ¤, 0.51 模拟值/（m·s−1） →, 0.42 ¤, 0.49 ¤, 0.52 相对误差/% 3.95 3.72 2.14 b 实测值/（m·s−1） →, 0.46 ¤, 0.51 ¤, 0.54 模拟值/（m·s−1） ¤, 0.49 ¤, 0.54 →, 0.55 相对误差/% 7.27 5.65 1.86 c 实测值/（m·s−1） ↑, 0.44 ¤, 0.45 ¤, 0.49 模拟值/（m·s−1） ↑, 0.47 ¤, 0.47 ¤, 0.51 相对误差/% 6.03 5.32 3.26
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表 3 不同环节各测点粉尘质量浓度及降尘率
Table 3 Dust mass concentration and dust reduction rate at different measuring points in different stages
环节 数据类型 距工作面距离/m 3 7 25 50 100 Ⅰ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）705.3 501.2 326.5 255.3 208.6 Ⅱ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）251.3 163.4 125.2 100.8 84.9 降尘率/% 64.4 67.4 61.7 60.5 59.3 Ⅲ 粉尘质量浓度/
（mg·m−3）231.5 32.4 25.1 20.7 17.1 降尘率/% 67.2 93.5 92.3 91.9 91.8
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