高原环境下矿井最低排尘风速的数值模拟

张国梁，蒋仲安，杨 斌，2，姚尚辉，彭 亚，王亚朋

(1.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083; 2.中国安全生产科学研究院，北京 100029; 3.西藏华泰龙矿业开发有限公司，西藏 拉萨 850212)

我国西部高海拔地区蕴含着丰富的矿产资源，具有重要开采价值。但随着海拔上升，低压低氧、寒冷干燥的气候特点会给矿井开采带来新的挑战，其中粉尘的有效控制就是问题之一[1-6]。目前井下采用的防尘措施主要是通风排尘，其关键参数是排尘风速的确定，即采用合适的风速将空气中悬浮的细微矿尘稀释并排出，降低空气中的粉尘质量浓度。

受地理环境的限制，国内外学者对高原环境下矿井通风及粉尘运动研究较少。特别是国外由于高海拔矿井数量较少，研究主要基于普通环境下的粉尘颗粒在不同流场的运动、扩散以及影响因素等。KANAOKA对施工隧道内的风流流动、粉尘质量浓度分布和颗粒运动进行模拟计算，研究了气流速度、风管结构和颗粒尺寸对通风效果的影响[7]。CANTERO研究得到二维情况下粉尘颗粒的惯性对粉尘沉积的动力学过程影响[8]。BHASKAR通过研究风流中尘粒的碰撞、沉降、扩散、二次飞扬和弥散等作用规律，建立了一维稳态均匀流动情况下的粉尘对流扩散方程[9]。国内学者对粉尘扩散的研究最初主要采用理论推导和实验分析的方法，涂继正、暨朝颂等在流体力学的基础上对井巷风流特征和粉尘受力情况进行分析，推导出了合理的排尘风速，并沿用至今[10-12]。随着CFD技术的发展，数值模拟的方法逐渐被推广到矿井粉尘扩散运动的研究中，蒋仲安、陈举师等[13-19]通过数值模拟的方法研究了破碎硐室、巷道型采场以及施工隧道等的粉尘质量浓度分布规律。……