横向气幕粉尘控制技术在隧道掘进中的多因素参数优化研究

为解决煤矿工作面煤尘污染问题，研究人员基于负压抽吸原理提出横向气幕粉尘控制技术，通过正交实验优化降尘参数（风速屏倾角30°、加压风量600 m3 /min、排风管距工作面3 m），现场应用后粉尘浓度总重降低75.97%和52.54%，为井下作业安全提供理论支持。

　　

煤炭作为中国能源消费的主力（占比53.2%），其开采过程中产生的粉尘不仅降低能见度、引发爆炸风险，还导致矿工职业性肺病（占职业病总数的66.61%）。尽管现有通风除尘技术（如螺旋气幕发生器、CFD数值模拟）取得进展，但设备笨重、安装复杂及气幕倾角研究不足仍制约效率。为此，山东科技大学等团队在《Powder Technology》发表研究，提出一种轻量化横向气幕粉尘控制技术。

研究采用全尺寸物理模型（1:1还原大柳塔煤矿52608运顺掘进面）与Fluent软件耦合模拟，结合正交实验分析风速屏倾角（A）、加压风量（B）、排风管位置（C）三因素对司机操作位粉尘浓度的影响。关键技术包括：1）基于现场数据的60 m隧道模型构建；2）气流-粉尘耦合数值模拟；3）多指标正交实验设计（L₉
(3⁴
)表）。

全尺寸物理模型建立
以MB670型掘锚机（长1.12 m×宽5 m）和梭车为研究对象，建立含加压风管、排风管及除尘风机的系统模型，隧道尺寸为60 m×5.4 m×4.2 m，为后续模拟提供真实场景基础。

横向气幕通风系统机理
数值模拟显示，气幕形成的隔离带可有效阻隔粉尘扩散。局部气流分析表明，30°倾角的气幕能优化气流导向，使粉尘向排风管聚集。

正交实验优化
通过极差与方差分析发现，加压风量（B）对降尘影响最大（权重52.3%），最优参数组合为A₂
B₃
C₁
（倾角30°、风量600 m³
/min、排风管距工作面3 m），司机位粉尘浓度较基线降低70%以上。

现场验证
在大柳塔煤矿应用后，测点粉尘浓度总重下降75.97%（掘锚机司机位）和52.54%（梭车司机位），证实该技术兼具高效性与工程可行性。

该研究首次系统量化了气幕倾角对降尘效率的影响，为井下粉尘控制提供了参数化解决方案。其轻量化设计克服了传统设备笨重的缺陷，而多因素耦合分析方法为复杂工况下的通风优化树立了新范式。成果对降低煤矿职业健康风险、提升智能开采安全性具有重要实践意义。