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[摘 要]为有效加强对输煤系统煤尘的治理，减少煤尘危害，本文以某单位水平廊道为沉积煤尘分布试验廊道，对其煤尘运移规律进行测试和研究，并通过模型建立来指导输煤系统除尘技术的应用，希望对输煤系统煤尘治理水平的提高有所帮助。
[关键词]输煤廊道；煤尘；运移规律；治理
中图分类号：TP406 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0241-02
引言
煤尘是输煤系统生产过程中危害性最大的灾害之一；一方面，煤尘爆炸会对输煤工作人员，输煤廊道，输煤设备造成严重的破坏，另一方面，煤尘会污染输煤作业场所，而一线输煤工作人员长期在这样的环境中工作，很容易引起塵肺病的发生，由此可见，加强对输煤系统廊道煤尘的治理是十分必要的，也是非常重要的。除尘是排除、稀释廊道煤尘，避免其过量积聚的有效措施，而掌握廊道煤尘的运移规律能够有效指导输煤廊道除尘工作的顺利进行。
一、输煤廊道气固两相流的研究
煤尘的基本特性，如几何特性、密度、粘附性、润湿性、电性、爆炸性以及安息角等都是评价煤尘流动特征的重要指标。但在进行煤尘运移规律的研究时，首先需要从煤尘颗粒与风流构成的气固两相流入手，判断廊道内部为稀相流还是密相流，然后才能进行理论分析和研究。
1.1稀相与密相气固两相流判别方法
在气固两相流中，稀相指一定体积的气体中含有很稀少的尘粒，密相指一定体积的气体中含有大量的尘粒。常用区分方法有两种：
（一）区分尘粒的容积份额。
Vs=1-η?5%的为稀相，反之为密相；
（二）区分尘粒群的运动机理。
煤尘在整个动力响应的过程中，若没有尘粒之间连续次碰撞，则视其为稀相，反之为密相。
1.2稀相与密相气固两相流的确定
利用方法一来判定某输煤系统皮带输煤廊道稀相或密相。通过实际测量发现该点煤尘浓度峰值为 ，煤尘颗粒密度 ，计算得到容积含固率Vs=1-η=7.0×10-7 ? 5%，因此判定该点含尘气流属于稀相悬浮气-固两相流。
二、输煤廊道内煤尘运移沉降规律数值模拟
2.1输煤廊道内煤尘运动的物理模型建立
输煤廊道模型的基本数据如下：廊道规格为50×3.5×3m，流体连续相为空气，密度为 ，温度为300k（26.85℃），粘性系数?=1.7894×10-5kg/m·s，离散相为煤粉，其颗粒直径分别为1μm、5μm、10μm、50μm、100μm，煤尘颗粒密度为 ，质量流速0.000001kg/s。风流从廊道一侧入口进入，从另一侧出口流出。
在实际计算时，由于煤尘运移对气体流场的影响非常小，因此只考虑气相流场对颗粒的作用，忽略颗粒对颗粒和流场的影响。且根据《煤矿安全规程》，廊道内的风速被限制在0.25～8m/s的范围内，因此，以0.5m/s、1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0m/s等速度为代表进行模拟试验：
雷诺数：
式中DH为廊道的水力直径；ρ为空气的密度；v为风流速度；μ为风流的粘性系数。
其中DH=4流通面积/润湿面积
湍流强度可以用下面的经验公式计算：
I=0.16（Re）-1/8
在各种风速条件下，风流的雷诺数与湍流强度的计算值如表1所示。
2.2煤尘运移沉降数值模拟结果分析
在一定的假设条件下，建立几何模型，然后应用欧拉-拉格朗日方法进行数值模拟研究，可得到以下两个结论：
（一）、利用颗粒悬浮速度力学方程，对输煤廊道道内单颗粒煤尘在不同风速下运移规律进行数值模拟研究，得出廊道内尘粒悬浮风速与煤尘颗粒粒径的关系，单个煤尘颗粒粒径随悬浮风速的增加而增大，而风速在1.5m/s后，随着风速增加，扬尘粒径增速变缓；
（二）、通过对输煤廊道内沉积煤尘扬尘模拟结果分析，发现单独的煤尘颗粒粒径与扬尘风速之间存在一定的近似线性关系，而煤尘颗粒群粒径与扬尘风速之间存在近似二次曲线关系。同时，在同等粒径下，单颗粒煤尘扬尘风速比煤尘颗粒群扬尘风速大的多，其原因是由于颗粒间的撞击力是促使颗粒飞扬的主要动力。
2.3廊道内皮带输煤系统煤尘扩散模拟结果分析
廊道内皮带输煤系统模型尺寸如下：皮带宽度为1m，上层皮带距廊道底板高度1.8m，下层皮带距栈道底板高度1.2m，皮带间落差0.6m，带速2.0m/s。气体与煤尘粒子参数同前设置，煤尘粒子采用粒径为1μm～1mm的煤尘，粒径种类分布为10种，服从泊松分布，转载点处煤尘质量流率为：上下皮带煤尘质量流率分别为6×10-6kg/s、1×10-6kg/s 。
2.4 对廊道内皮带输煤系统煤尘扩散模拟结果如下：
（一）、在干廊道的除尘工作中，可适当调整风速在1.5～2.7m/s的范围内，在最大化24μm 煤尘稀释效果的同时，也能有效促进24μm 以上煤尘颗粒的沉降，减小煤尘带来的危害。需要注意的是，当受到其他因素影响时，如工作区有扰动，则需要适当降低最优排尘风速。在潮湿廊道，沉积的煤尘不易被吹扬起来，在较高的风速范围内，如5～6m/s，以稀释作用为主，这时煤尘浓度随风速增高而下降。在产尘量最大的地方，适当提高排尘风速，以加强稀释作用。
（二）、风速越小，煤尘粒子越容易扩散到廊道的整个空间，导致廊道周壁沉降大量煤尘，因此适当加大风速和及时清扫廊道周壁沉积的煤尘是防止沉积煤尘二次飞扬的良好方法。
三、输煤廊道除尘分析
以分析模拟试验成果在实际工作中的应用。
3.1结合输煤的实际情况，在输煤过程中，皮带要不间断向煤仓运输煤炭，在皮带运输煤炭过程中，皮带转载点处产生的煤尘及皮带上粘附在煤块上的煤尘在风流的作用下形成浮尘，另外由于在生产中许多工作人员来回走动，导致地面沉积的煤尘飞扬，因此在生产时不适合进行廊道的清扫工作。而在输煤设备停止工作过程中，输煤皮带停止运行，没有较多的工作人员来回走动，因此，选择输煤皮带停运时为廊道清扫工作时间段，可使煤尘更好的沉降、清理。主要工作内容为对积尘局部进行较为彻底的清理。 3.2对带式输送机清扫的清扫效果直接影响到产尘量的多少，如清扫效果较好时，则胶带上残留的煤尘较少，反之煤尘则较多，因此，有必要在靠近胶带头部滚筒的回空段设置数组清扫器以清扫残留在胶带上的煤尘，并将清理下来的煤尘堆及时清理掉。
3.3 输煤皮带上安装的洒水除尘对产尘量的抑制效果较好，但由于洒水除尘易对煤尘和泥，导致后续输煤段落煤管，破碎设备堵煤，易造成停产的严重后果，因此在生产中洒水量应严格控制，或改用喷雾除尘，以便生产平稳安全。
3.4 输煤除尘设备的合理选用对降低煤尘意义重大，目前输煤系统多采用布袋除尘器，其除尘效果明显，特别是应用在转载站部位，能更好的起到降尘作用。其可选型号较为广泛，也可根据实际生产情况和环保标准进行定制，在输煤系统中应用较多。
3.5 在实际生产中，工作人员对加强自我保护意识的提高，更多的是防护用品合理的使用。在正常生产和清理煤尘的过程中，劳保合理佩戴能最大限度减少煤尘对人体伤害。对输煤廊道的彻底冲洗工作，是最好的降低煤尘扬尘的方法。在工作中我们也是严格要求考核，每班次對输煤廊道地面彻底冲洗，并配套冲洗水系统为输煤系统服务。
结束语
通过数值模拟与实践可以发现，通风除尘技术只能在一定范围内排出部分煤尘，大部分的煤尘会逐渐沉降，成为落尘；同时，若通风风速超过了一定范围，沉积煤尘会重新形成扬尘。因此，在实际的通风除尘工作时，需要在合理范围内尽可能提高风速和通风量，同时结合其他的廊道出除尘手段进行除尘，尤其是工作场所死角等一些容易堆积煤尘的区域，还要定期进行人工清理、清扫。
参考文献
[1]王童，郭梁辉，李长龙，林鑫，尼加提，张聪.压入式通风时煤尘运移规律研究[J].煤矿安全，2017，48（12）：49-52.
[2]王凯，郭红光，王飞，刘汝正，曹万璞.综掘工作面不同直径风筒下粉尘运移规律研究[J].煤矿开采，2015，20（05）：80-83+69.
[3]丁厚成，杨帆，张义坤.综掘工作面粉尘运移规律及控制技术研究[J].安全与环境工程，2015，22（04）：82-87.
[4]马威.高风速综采面采煤机产尘运移规律及防治技术[J].煤矿安全，2014，45（04）：67-70.
[关键词]输煤廊道；煤尘；运移规律；治理
中图分类号：TP406 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0241-02
引言
煤尘是输煤系统生产过程中危害性最大的灾害之一；一方面，煤尘爆炸会对输煤工作人员，输煤廊道，输煤设备造成严重的破坏，另一方面，煤尘会污染输煤作业场所，而一线输煤工作人员长期在这样的环境中工作，很容易引起塵肺病的发生，由此可见，加强对输煤系统廊道煤尘的治理是十分必要的，也是非常重要的。除尘是排除、稀释廊道煤尘，避免其过量积聚的有效措施，而掌握廊道煤尘的运移规律能够有效指导输煤廊道除尘工作的顺利进行。
一、输煤廊道气固两相流的研究
煤尘的基本特性，如几何特性、密度、粘附性、润湿性、电性、爆炸性以及安息角等都是评价煤尘流动特征的重要指标。但在进行煤尘运移规律的研究时，首先需要从煤尘颗粒与风流构成的气固两相流入手，判断廊道内部为稀相流还是密相流，然后才能进行理论分析和研究。
1.1稀相与密相气固两相流判别方法
在气固两相流中，稀相指一定体积的气体中含有很稀少的尘粒，密相指一定体积的气体中含有大量的尘粒。常用区分方法有两种：
（一）区分尘粒的容积份额。
Vs=1-η?5%的为稀相，反之为密相；
（二）区分尘粒群的运动机理。
煤尘在整个动力响应的过程中，若没有尘粒之间连续次碰撞，则视其为稀相，反之为密相。
1.2稀相与密相气固两相流的确定
利用方法一来判定某输煤系统皮带输煤廊道稀相或密相。通过实际测量发现该点煤尘浓度峰值为 ，煤尘颗粒密度 ，计算得到容积含固率Vs=1-η=7.0×10-7 ? 5%，因此判定该点含尘气流属于稀相悬浮气-固两相流。
二、输煤廊道内煤尘运移沉降规律数值模拟
2.1输煤廊道内煤尘运动的物理模型建立
输煤廊道模型的基本数据如下：廊道规格为50×3.5×3m，流体连续相为空气，密度为 ，温度为300k（26.85℃），粘性系数?=1.7894×10-5kg/m·s，离散相为煤粉，其颗粒直径分别为1μm、5μm、10μm、50μm、100μm，煤尘颗粒密度为 ，质量流速0.000001kg/s。风流从廊道一侧入口进入，从另一侧出口流出。
在实际计算时，由于煤尘运移对气体流场的影响非常小，因此只考虑气相流场对颗粒的作用，忽略颗粒对颗粒和流场的影响。且根据《煤矿安全规程》，廊道内的风速被限制在0.25～8m/s的范围内，因此，以0.5m/s、1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0m/s等速度为代表进行模拟试验：
雷诺数：
式中DH为廊道的水力直径；ρ为空气的密度；v为风流速度；μ为风流的粘性系数。
其中DH=4流通面积/润湿面积
湍流强度可以用下面的经验公式计算：
I=0.16（Re）-1/8
在各种风速条件下，风流的雷诺数与湍流强度的计算值如表1所示。
2.2煤尘运移沉降数值模拟结果分析
在一定的假设条件下，建立几何模型，然后应用欧拉-拉格朗日方法进行数值模拟研究，可得到以下两个结论：
（一）、利用颗粒悬浮速度力学方程，对输煤廊道道内单颗粒煤尘在不同风速下运移规律进行数值模拟研究，得出廊道内尘粒悬浮风速与煤尘颗粒粒径的关系，单个煤尘颗粒粒径随悬浮风速的增加而增大，而风速在1.5m/s后，随着风速增加，扬尘粒径增速变缓；
（二）、通过对输煤廊道内沉积煤尘扬尘模拟结果分析，发现单独的煤尘颗粒粒径与扬尘风速之间存在一定的近似线性关系，而煤尘颗粒群粒径与扬尘风速之间存在近似二次曲线关系。同时，在同等粒径下，单颗粒煤尘扬尘风速比煤尘颗粒群扬尘风速大的多，其原因是由于颗粒间的撞击力是促使颗粒飞扬的主要动力。
2.3廊道内皮带输煤系统煤尘扩散模拟结果分析
廊道内皮带输煤系统模型尺寸如下：皮带宽度为1m，上层皮带距廊道底板高度1.8m，下层皮带距栈道底板高度1.2m，皮带间落差0.6m，带速2.0m/s。气体与煤尘粒子参数同前设置，煤尘粒子采用粒径为1μm～1mm的煤尘，粒径种类分布为10种，服从泊松分布，转载点处煤尘质量流率为：上下皮带煤尘质量流率分别为6×10-6kg/s、1×10-6kg/s 。
2.4 对廊道内皮带输煤系统煤尘扩散模拟结果如下：
（一）、在干廊道的除尘工作中，可适当调整风速在1.5～2.7m/s的范围内，在最大化24μm 煤尘稀释效果的同时，也能有效促进24μm 以上煤尘颗粒的沉降，减小煤尘带来的危害。需要注意的是，当受到其他因素影响时，如工作区有扰动，则需要适当降低最优排尘风速。在潮湿廊道，沉积的煤尘不易被吹扬起来，在较高的风速范围内，如5～6m/s，以稀释作用为主，这时煤尘浓度随风速增高而下降。在产尘量最大的地方，适当提高排尘风速，以加强稀释作用。
（二）、风速越小，煤尘粒子越容易扩散到廊道的整个空间，导致廊道周壁沉降大量煤尘，因此适当加大风速和及时清扫廊道周壁沉积的煤尘是防止沉积煤尘二次飞扬的良好方法。
三、输煤廊道除尘分析
以分析模拟试验成果在实际工作中的应用。
3.1结合输煤的实际情况，在输煤过程中，皮带要不间断向煤仓运输煤炭，在皮带运输煤炭过程中，皮带转载点处产生的煤尘及皮带上粘附在煤块上的煤尘在风流的作用下形成浮尘，另外由于在生产中许多工作人员来回走动，导致地面沉积的煤尘飞扬，因此在生产时不适合进行廊道的清扫工作。而在输煤设备停止工作过程中，输煤皮带停止运行，没有较多的工作人员来回走动，因此，选择输煤皮带停运时为廊道清扫工作时间段，可使煤尘更好的沉降、清理。主要工作内容为对积尘局部进行较为彻底的清理。 3.2对带式输送机清扫的清扫效果直接影响到产尘量的多少，如清扫效果较好时，则胶带上残留的煤尘较少，反之煤尘则较多，因此，有必要在靠近胶带头部滚筒的回空段设置数组清扫器以清扫残留在胶带上的煤尘，并将清理下来的煤尘堆及时清理掉。
3.3 输煤皮带上安装的洒水除尘对产尘量的抑制效果较好，但由于洒水除尘易对煤尘和泥，导致后续输煤段落煤管，破碎设备堵煤，易造成停产的严重后果，因此在生产中洒水量应严格控制，或改用喷雾除尘，以便生产平稳安全。
3.4 输煤除尘设备的合理选用对降低煤尘意义重大，目前输煤系统多采用布袋除尘器，其除尘效果明显，特别是应用在转载站部位，能更好的起到降尘作用。其可选型号较为广泛，也可根据实际生产情况和环保标准进行定制，在输煤系统中应用较多。
3.5 在实际生产中，工作人员对加强自我保护意识的提高，更多的是防护用品合理的使用。在正常生产和清理煤尘的过程中，劳保合理佩戴能最大限度减少煤尘对人体伤害。对输煤廊道的彻底冲洗工作，是最好的降低煤尘扬尘的方法。在工作中我们也是严格要求考核，每班次對输煤廊道地面彻底冲洗，并配套冲洗水系统为输煤系统服务。
结束语
通过数值模拟与实践可以发现，通风除尘技术只能在一定范围内排出部分煤尘，大部分的煤尘会逐渐沉降，成为落尘；同时，若通风风速超过了一定范围，沉积煤尘会重新形成扬尘。因此，在实际的通风除尘工作时，需要在合理范围内尽可能提高风速和通风量，同时结合其他的廊道出除尘手段进行除尘，尤其是工作场所死角等一些容易堆积煤尘的区域，还要定期进行人工清理、清扫。
参考文献
[1]王童，郭梁辉，李长龙，林鑫，尼加提，张聪.压入式通风时煤尘运移规律研究[J].煤矿安全，2017，48（12）：49-52.
[2]王凯，郭红光，王飞，刘汝正，曹万璞.综掘工作面不同直径风筒下粉尘运移规律研究[J].煤矿开采，2015，20（05）：80-83+69.
[3]丁厚成，杨帆，张义坤.综掘工作面粉尘运移规律及控制技术研究[J].安全与环境工程，2015，22（04）：82-87.
[4]马威.高风速综采面采煤机产尘运移规律及防治技术[J].煤矿安全，2014，45（04）：67-70.