煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法

摘要

本发明公开了煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，包括如下步骤：步骤一、显示第一界面；步骤二、显示对应的第二界面；步骤三、接收用户输入的参数；步骤四、通过ANSYS Workbench DM模块构建综掘巷道几何模型；步骤五、建立综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型；步骤六、初步确定了出风口各参数取值范围；步骤七、分析得到出风口最佳风流调控的参数值；步骤八、将步骤七中的分析结果存储在所述存储路径指定的文件中。本发明该软件能够进行动态粉尘源下的综掘面出风口调控参数变化的粉尘浓度分布分析，利用Python语言对仿真计算流程进行封装，实现参数的可编写化，能够有效提高工作效率。

权利要求

1.煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、接收用户指令，显示第一界面；

步骤二、接收用户对第一界面的操作，根据所述操作显示对应的第二界面；

步骤三、接收用户输入的参数和仿真计算结果文件存储路径，所述参数包括综掘巷道结构参数、材料属性参数、操作环境参数、边界条件参数、出风口调控参数；

步骤四、调用ANSYS Workbench程序，将所述综掘巷道结构参数导入ANSYS Workbench DM模块，通过ANSYS Workbench DM模块构建综掘巷道几何模型；

步骤五、将材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数导入ANSYS Workbench中，根据导入的材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数通过ANSYS Workbench对所述综掘巷道几何模型采用四面体网格类型对计算域划分非结构网格，壁面划分边界层网格，建立综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型；

步骤六、将出风口调控参数导入ANSYS Workbench中，通过ANSYS Workbench构建的综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型计算获取出风口单参数变化时对应粉尘场浓度分布、瓦斯场浓度分布或风流场风速分布；通过出风口单参数变化对粉尘、风速、瓦斯运移分布规律的影响分析去除评价较低的参数，初步确定了出风口各参数取值范围；

步骤七、根据步骤六确定的出风口各参数取值范围，在出风口各参数取值范围内取任意值组成正交试验模拟分析表，提取行人呼吸带高度及司机位置的粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值，通过极差分析得到出风口各影响参数的主次顺序，进而确定粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值的主要影响参数和次要影响参数，判断出风口参数对粉尘浓度、瓦斯浓度及风速影响的显著程度，分析出风口各参数与粉尘浓度、瓦斯浓度及风速之间的关系，最后分析得到出风口最佳风流调控的参数值；

步骤八、将步骤七中的分析结果存储在所述存储路径指定的文件中。

2.按照权利要求1所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤二中，接收用户对第一界面的操作是指接收用户粉尘场数值模拟仿真按钮的操作指令、瓦斯场数值模拟仿真按钮的操作指令或风流场数值模拟仿真按钮的操作指令。

3.按照权利要求1或2所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤二中所述第二界面包括粉尘场参数设置界面、瓦斯场参数设置界面和风流场参数设置界面。

4.按照权利要求3所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第一界面包括第一功能按键显示区域、第一快键按键显示区域、图形对象显示区域和第二功能按键显示区域，所述第一功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；

所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方，所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键，所述图形对象显示区域包括粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域，所述粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域依次并排设置，所述粉尘场模拟图形显示区域内设置有用于指代粉尘场模型的图片和第二粉尘场数值模拟快捷键，所述瓦斯场模拟图形显示区域内设置有用于指代瓦斯场模型的图片和第二瓦斯场数值模拟模快捷键，所述风流场模拟图形显示区域内设置有用于指代风流场模型的图片和第二风流场数值模拟模快捷键；

所述第二功能按键显示区域设置在图形对象显示区域的下方且用于显示退出按键和下一步按键。

5.按照权利要求4所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第二界面包括第三功能按键显示区域、第二快键按键显示区域、用户参数设置区域、模拟图形显示区域、参数导入区域和结果输出按键区域；

所述第三功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；

所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方；

所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键；

所述用户参数设置区域位于第二功能按键区域的右下方且用于显示参数输入框，所述参数输入框包括综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框，所述综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框的前侧分别显示有与其对应的参数名称和参数的取值范围；

所述模拟图形显示区域位于用户参数设置区域的下方且用于显示综掘巷道参数化模型的立体结构和综掘巷道参数化模型的几何参数；

所述参数导入区域位于第二功能按键区域左下方且用于记录用户对已经完成计算的综掘巷道参数化模型的型号参数进行命名和保存；

所述结果输出区域位于图形显示区域的下方且用于显示模拟分析结果保存按键、模拟分析结果查看按键和退出按键。

6.按照权利要求5所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第一界面和第二界面均为通过利用Python语言设计并开发的用户交互界面。

7.按照权利要求6所述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，步骤三中接收用户输入的参数具体将用户通过第二界面用户参数设置区域输入的参数转化并输出为Python脚本文件，然后调用Workbench程序执行该Python文件，所述Python脚本记录了用户在第二界面上的修改，然后通过接口驱动ANSYS Workbench读取该文件，将用户在第二界面上的设置传递到ANSYS Workbench中。

说明书

煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法

技术领域

[0001] 本发明属于参数化仿真模拟技术，具体是涉及煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法。

背景技术

[0002] 综掘面是一个独头巷道，在煤矿掘进工作时的排尘通常主要是利用通风系统提供的新鲜风流来实现排尘工作的，矿井通风系统主要是由局部通风机和风筒组成。如今随着煤巷综掘面断面尺寸、掘进速度及巷道长度的不断突破，安全隐患及污染风险不断上升，传统粗放式的“通风总量”局部通风控制方式已不能满足人们对综掘面更加严苛的安全及环保要求。

[0003] 现在井下常用通风方式主要分为三种，压入式通风、抽出式通风和混合式通风。相比较而言，最常用的通风方式为压入式通风。在工作中它有着独特的优点：它在进风巷中装入了局部通风机，这样在新鲜风通过风机的过程中，安全性就会大大增加，并且有效射程长，这样就可以充分的稀释粉尘积聚和排出污染物质。与此同时，它也拥有一些不足：污风沿巷道内如果排出缓慢，对工作环境造成严重的污染持续时间长。

[0004] 通过改变风筒出风口参数能够有效优化粉尘运移分布规律，明显降低粉尘浓度，但对于综掘面不同的工况出风口参数变化下的风场及粉尘场的数值模拟分析，在数值模拟前期需要进行大量的参数设定及反复的建模，且在后续的结果处理生成粉尘浓度分布云图和矢量图等各类结果数据操作繁琐耗时。所以，需要一种能够对煤矿综掘面的粉尘浓度进行参数化数值模拟仿真分析的方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种操作简单、自动化数据处理、省时的煤矿综掘面基于动态尘源的粉尘浓度参数化仿真模拟方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0007] 步骤一、接收用户指令，显示第一界面；

[0008] 步骤二、接收用户对第一界面的操作，根据所述操作显示对应的第二界面；

[0009] 步骤三、接收用户输入的参数和仿真计算结果文件存储路径，所述参数包括综掘巷道结构参数、材料属性参数、操作环境参数、边界条件参数、出风口调控参数；

[0010] 步骤四、调用ANSYS Workbench程序，将所述综掘巷道结构参数导入ANSYS Workbench DM模块，通过ANSYS Workbench DM模块构建综掘巷道几何模型；

[0011] 步骤五、将材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数导入ANSYS Workbench中，根据导入的材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数通过ANSYS Workbench对所述综掘巷道几何模型采用四面体网格类型对计算域划分非结构网格，壁面划分边界层网格，建立综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型；

[0012] 步骤六、将出风口调控参数导入ANSYS Workbench中，通过ANSYS Workbench构建的综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型计算获取出风口单参数变化时对应粉尘场浓度分布、瓦斯场浓度分布或风流场风速分布；通过出风口单参数变化对粉尘、风速、瓦斯运移分布规律的影响分析去除评价较低的参数，初步确定了出风口各参数取值范围；

[0013] 步骤七、根据步骤六确定的出风口各参数取值范围，在出风口各参数取值范围内取任意值组成正交试验模拟分析表，提取行人呼吸带高度及司机位置的粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值，通过极差分析得到出风口各影响参数的主次顺序，进而确定粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值的主要影响参数和次要影响参数，判断出风口参数对粉尘浓度、瓦斯浓度及风速影响的显著程度，分析出风口各参数与粉尘浓度、瓦斯浓度及风速之间的关系，最后分析得到出风口最佳风流调控的参数值；

[0014] 步骤八、将步骤七中的分析结果存储在所述存储路径指定的文件中。

[0015] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤二中，接收用户对第一界面的操作是指接收用户粉尘场数值模拟仿真按钮的操作指令、瓦斯场数值模拟仿真按钮的操作指令或风流场数值模拟仿真按钮的操作指令。

[0016] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤二中所述第二界面包括粉尘场参数设置界面、瓦斯场参数设置界面和风流场参数设置界面。

[0017] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第一界面包括第一功能按键显示区域、第一快键按键显示区域、图形对象显示区域和第二功能按键显示区域，

[0018] 所述第一功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；

[0019] 所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方，

[0020] 所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键，

[0021] 所述图形对象显示区域包括粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域，

[0022] 所述粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域依次并排设置，

[0023] 所述粉尘场模拟图形显示区域内设置有用于指代粉尘场模型的图片和第二粉尘场数值模拟快捷键，

[0024] 所述瓦斯场模拟图形显示区域内设置有用于指代瓦斯场模型的图片和第二瓦斯场数值模拟模快捷键，

[0025] 所述风流场模拟图形显示区域内设置有用于指代风流场模型的图片和第二风流场数值模拟模快捷键；

[0026] 所述第二功能按键显示区域设置在图形对象显示区域的下方且用于显示退出按键和下一步按键。

[0027] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第二界面包括第三功能按键显示区域、第二快键按键显示区域、用户参数设置区域、模拟图形显示区域、参数导入区域和结果输出按键区域；

[0028] 所述第三功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；

[0029] 所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方；

[0030] 所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键；

[0031] 所述用户参数设置区域位于第二功能按键区域的右下方且用于显示参数输入框，所述参数输入框包括综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框，所述综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框的前侧分别显示有与其对应的参数名称和参数的取值范围；

[0032] 所述模拟图形显示区域位于用户参数设置区域的下方且用于显示综掘巷道参数化模型的立体结构和综掘巷道参数化模型的几何参数；

[0033] 所述参数导入区域位于第二功能按键区域左下方且用于记录用户对已经完成计算的综掘巷道参数化模型的型号参数进行命名和保存；

[0034] 所述结果输出区域位于图形显示区域的下方且用于显示模拟分析结果保存按键、模拟分析结果查看按键和退出按键。

[0035] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，所述第一界面和第二界面均为通过利用Python语言设计并开发的用户交互界面。

[0036] 上述的煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法，其特征在于，步骤三中接收用户输入的参数具体将用户通过第二界面用户参数设置区域输入的参数转化并输出为Python脚本文件，然后调用Workbench程序执行该Python文件，所述Python脚本记录了用户在第二界面上的修改，然后通过接口驱动ANSYS Workbench读取该文件，将用户在第二界面上的设置传递到ANSYS Workbench中。

[0037] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0038] 1、本发明的粉尘浓度参数化仿真模拟软件，并设计开发参数化软件用户交互界面，通过界面输入求解参数后台调用ANSYS Workbench软件自动进行风场及粉尘场仿真计算。该软件能够进行动态粉尘源下的综掘面出风口调控参数变化的粉尘浓度分布分析。利用Python语言对仿真计算流程进行封装，实现参数的可编写化，提高工作效率。

[0039] 2、本发明在workbench中进行参数化建模，并采用python语言编写程序参数化程序，只需要在编写的参数化程序中进行简单的参数设置即可进行自主计算，能够指导快速找到最优化参数，提高了数值模拟的效率，为快速大量获得模拟数据提供了方便。

[0040] 下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

[0041] 图1为本发明第一界面示意图。

[0042] 图2为本发明第二界面示意图。

[0043] 图3为本发明Workbench操作参数管理器的界面示意图。

[0044] 图4为本发明界面几何参数转换为Python脚本语言的示意图。

[0045] 图5为本发明综掘巷道参数化模型示意图。

[0046] 图6为本发明出风口距迎头不同距离下XZ断面粉尘浓度分布云图。

[0047] 图7为本发明出风口距端头不同距离工况下呼吸带粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0048] 图8为本发明不同口径下距迎头不同距离断面粉尘浓度分布云图。

[0049] 图9为本发明不同口径下距底板不同高度断面粉尘浓度分布云图。

[0050] 图10为本发明不同口径下人员呼吸带高度粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0051] 图11为本发明不同口径变化下人员呼吸带高度粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0052] 图12为本发明不同水平偏转角度下距迎头不同距离断面粉尘浓度分布云图。

[0053] 图13为本发明不同水平偏转角度下距底板不同高度断面粉尘浓度分布云图。

[0054] 图14为本发明水平偏转角度变化下人员呼吸带高度粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0055] 图15为本发明出风口水平偏转角度变化下人员呼吸带高度粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0056] 图16为本发明不同垂直上偏角度下距迎头不同距离断面粉尘浓度分布云图。

[0057] 图17为本发明不同垂直上偏角度下距底板不同高度断面粉尘浓度分布云图。

[0058] 图18为本发明垂直上偏角度变化下人员呼吸带高度粉尘浓度沿程分布曲线图。

[0059] 图19为本发明不同水平偏转角度下司机呼吸带高度粉尘浓度分布曲线图。

[0060] 图20为本发明出风口距迎头5m行人呼吸带高度粉尘浓度极差分布图。

[0061] 图21为本发明出风口距迎头5m司机位置粉尘浓度极差分布图。

[0062] 图22为本发明出风口距迎头10m行人呼吸带高度粉尘浓度极差分布图。

[0063] 图23为本发明出风口距迎头10m司机位置粉尘浓度极差分布图。

[0064] 图24为本发明距迎头5m工况调控前后人员呼吸带高度粉尘浓度分布对比图。

[0065] 图25为本发明距迎头10m工况调控前后人员呼吸带高度粉尘浓度分布对比图。

[0066] 图26为本发明尘场参数化仿真计算结果和井下测试结果回风侧呼吸带高度粉尘浓度分布曲线对比图。

[0067] 图27为本发明参数化仿真软件设计思路及流程图。

具体实施方式

[0068] 结合柠条塔矿S1212综掘面实际粉尘调控方法对本发明煤矿综掘面粉尘、瓦斯和风流参数化仿真模拟方法进行说明，本发明的具体步骤包括：

[0069] 步骤一、接收用户指令，显示第一界面；所述接收用户指令是接收用户的软件启动指令，接收到用户的启动指令后将第一界面显示给用户。

[0070] 所述第一界面包括第一功能按键显示区域、第一快键按键显示区域、图形对象显示区域和第二功能按键显示区域，所述第一功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；所述菜单栏具体包括文件、设定和帮助三个项目，软件的所有功能模块都能通过菜单栏来实现。

[0071] 所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方，所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键，所述快捷键的设置方便用户在粉尘场数值模拟模、瓦斯场数值模拟模和风流场数值模拟之间自由切换。

[0072] 所述图形对象显示区域包括粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域，所述粉尘场模拟图形显示区域、瓦斯场模拟图形显示区域和风流场模拟图形显示区域依次并排设置，所述粉尘场模拟图形显示区域内设置有用于指代粉尘场模型的图片和第二粉尘场数值模拟快捷键，所述瓦斯场模拟图形显示区域内设置有用于指代瓦斯场模型的图片和第二瓦斯场数值模拟模快捷键，所述风流场模拟图形显示区域内设置有用于指代风流场模型的图片和第二风流场数值模拟模快捷键，所述第二功能按键显示区域设置在图形对象显示区域的下方且用于显示退出按键和下一步按键。所述第一界面为主界面，如图1所示。

[0073] 步骤二、接收用户对第一界面的操作，根据所述操作显示对应的第二界面。

[0074] 所述第二界面包括第三功能按键显示区域、第二快键按键显示区域、用户参数设置区域、模拟图形显示区域、参数导入区域和结果输出按键区域；所述第三功能按键显示区域设置在对应界面的顶端且用于显示菜单按键栏；所述快键按键显示区域与第一功能按键相邻设置且所述快键按键显示区域位于第一功能按键的下方；所述第一快键按键显示区域设置有第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键和第一风流场数值模拟模快捷键；所述用户参数设置区域位于第二功能按键区域的右下方且用于显示参数输入框，所述参数输入框包括综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框，所述综掘巷道参数化模型的几何参数输入框、综掘巷道参数化模型的材料属性参数输入框、操作环境参数输入框、综掘巷道参数化模型的边界条件参数输入框和出风口调控参数输入框的前侧分别显示有与其对应的参数名称和参数的取值范围；所述用户参数设置区域主要用于不同综掘面各工况下出风口风流调控的求解参数的设置，由于实际工况环境复杂，需要设置的参数较多，将参数设置分为几何参数、材料属性及操作环境参数、边界条件参数及出风口调控参数，方便用户进行参数输入。

[0075] 所述模拟图形显示区域位于用户参数设置区域的下方且用于显示综掘巷道参数化模型的立体结构和综掘巷道参数化模型的几何参数；所述模拟图形显示区域显示综掘巷道的几何模型和相关结构参数，帮助用户理解模型参数，防止参数输入错误。

[0076] 所述参数导入区域位于第二功能按键区域左下方且用于记录用户对已经完成计算的综掘巷道参数化模型的型号参数进行命名和保存；所述参数导入区域用户进行参数设置的可选择步骤，主要功能是对已经完成计算的综掘面型号参数进行命名、保存，方便下次进行同一综掘面仿真计算时直接导入型号参数，减少重复操作。

[0077] 所述结果输出区域位于图形显示区域的下方且用于显示模拟分析结果保存按键、模拟分析结果查看按键和退出按键；所述结果输出区域主要用于模拟分析结果的保存及查看。

[0078] 本实施例中，所述第一界面和第二界面均为通过利用Python语言设计并开发的用户交互界面。

[0079] 接收用户对第一界面的操作是指接收用户粉尘场数值模拟仿真按钮的操作指令、瓦斯场数值模拟仿真按钮的操作指令或风流场数值模拟仿真按钮的操作指令。具体的是用户通过触发操作第一快键按键显示区域的第一粉尘场数值模拟快捷键、第一瓦斯场数值模拟模快捷键或第一风流场数值模拟模快捷键打开对应的第二界面，所述第二界面包括粉尘场第二界面、瓦斯场第二界面和风流场第二界面，所述粉尘场第二界面、瓦斯场第二界面和风流场第二界面布局均相同，三者的不同点在用户参数设置区域对应的参数名称不同。所述第二界面如图2所示。

[0080] 步骤三、接收用户输入的参数和仿真计算结果文件存储路径，所述参数包括综掘巷道结构参数、材料属性参数、操作环境参数、边界条件参数、出风口调控参数。

[0081] 接收用户输入参数具体是将用户通过第二界面用户参数设置区域输入的参数转化并输出为Python脚本文件，然后调用Workbench程序执行该Python文件，所述Python脚本记录了用户在第二界面上的修改，然后通过接口驱动ANSYS Workbench读取该文件，将用户在第二界面上的设置传递到ANSYS Workbench中。

[0082] 本申请通过对Workbench进行封装，将第一主界面或第二界面中设置的数据就要传递给Workbench，并驱动Workbench运行。对Workbench的驱动包括项目页层面和Workbench功能框架两个层面。项目页层面可实现的功能包括实现参数管理器中参数的调整、搭建仿真流程等，这部分的驱动采用Python脚本命令。本申请中采用Python驱动Workbench的功能包括新建项目、几何参数设置(操作参数管理器)以及仿真数据导入，具体Workbench操作参数管理器界面所示如图3所示。具体实现方法是软件程序将用户在GUI界面中输入的各种设置参数转化并输出为Python脚本文件，然后调用Workbench程序执行该Python脚本文件。以下是主程序输出Python脚本的部分代码：

[0083] {

[0084] string pythonFile＝DefaultPythonFile；

[0085] SteamWriter sw＝new StreamWriter(pythonFile)；

[0086] sw.WriterLine(“#encoding:utf‑8”)；

[0087] sw.WriterLine(“SetScriptVersion(Version＝\”19.0.136”\”)

[0088] }

[0089] 通过以上代码，主程序在后台的文件夹创建了Python脚本，该脚本记录了用户在界面上的修改，如图4所示。然后主程序通过接口驱动ANSYS Workbench读取该文件，便可以将用户在界面上的设置传递到Workbench中。Workbench框架下的Design Modeler模块、Meshing模块和Fluent模块，本身支持Python脚本语言，采用Python脚本驱动各个模块更新。

[0090] 步骤四、调用ANSYS Workbench程序，将所述综掘巷道结构参数导入ANSYS Workbench DM模块，通过ANSYS Workbench DM模块构建综掘巷道几何模型。构建的综掘巷道数化模型如图5所示，所述综掘巷道结构参数如表1所示。

[0091] 表1

[0092]

[0093] 步骤五、将材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数导入ANSYS Workbench中，根据导入的材料属性参数、操作环境参数和边界条件参数通过ANSYS Workbench对所述综掘巷道几何模型采用四面体网格类型对计算域划分非结构网格，壁面划分边界层网格，建立综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型；

[0094] 所述网格划分设定如表2所示，

[0095] 表2

[0096]

[0097] 所述材料属性参数设定如表3所示，

[0098] 表3

[0099]

[0100] 模型参数设定如表4所示，

[0101] 表4

[0102]

[0103] 所述操作条件设定如表5所示，

[0104] 表5

[0105]

[0106] 所述边界条件参数如表6所示

[0107] 表6

[0108]

[0109]

[0110] 表6中，所述水利直径的计算公式为： 式中：dH—水利直径，m；A—过流断面2
面积，m；S—湿周，m。

[0111] 雷诺数的计算公式为：

[0112] 式中：ρ—空气密度，kg/m3；v—风速，m/s；dH—水利直径，m；μ—粘性系数，Pa·S。

[0113] 湍流强度的计算公式为：

[0114] 式中：I—湍流强度；ReH—雷诺数。

[0115] 求解控制设定如表7所示

[0116] 表7

[0117] Solution Controls(求解器参数) Define(设定)Pressure‑Velocity Coupling(压力速度耦合方式) SIMPLEC
Pressure Discretization(压力离散方式) Standard(标准)
Convergence Criterion(收敛标准) 0.001

[0118] 步骤六、将出风口调控参数导入ANSYS Workbench中，通过ANSYS Workbench构建的综掘面粉尘场、风流场或瓦斯场有限元模型计算获取出风口单参数变化时对应粉尘场浓度分布、瓦斯场浓度分布或风流场风速分布；通过出风口单参数变化对粉尘、风速、瓦斯运移分布规律的影响分析去除评价较低的参数，初步确定了出风口各参数取值范围；

[0119] 步骤七、根据步骤六确定的出风口各参数取值范围，在出风口各参数取值范围内取任意值组成正交试验模拟分析表，提取行人呼吸带高度及司机位置的粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值，通过极差分析得到出风口各影响参数的主次顺序，进而确定粉尘浓度值、风速值或瓦斯浓度值的主要影响参数和次要影响参数，判断出风口参数对粉尘浓度、瓦斯浓度及风速影响的显著程度，分析出风口各参数与粉尘浓度、瓦斯浓度及风速之间的关系，最后分析得到出风口最佳风流调控的参数值；

[0120] 步骤八、将步骤七中的分析结果存储在所述存储路径指定的文件中。

[0121] 本发明参数化仿真软件设计思路及流程图如图27所示，本发明是利用Python语言开发了综掘面出风口风流调控参数变化下的粉尘场参数化仿真模拟软件，并设计开发了用户交互界面，通过对Workbench后台自动生成的Python格式脚本文件的封装和驱动，实现了用户界面输入参数之后后台调用ANSYS Workbench软件自动进行粉尘场的模拟仿真计算，很大程度提高了数值模拟效率，最终通过该软件进行了柠条塔矿S1212综掘面的粉尘运移分布模拟仿真分析，将参数化软件计算数据与井下测试数据进行了对比分析，检验了该参数化软件的可行性和实用性，具体分析过程如下：

[0122] 综掘面出风口参数对粉尘运移分布影响分析：建立综掘面尘源动态变化下的粉尘场有限元模型，对原始粉尘场存在问题进行模拟分析，针对原始场存在的问题，研究出风口参数变化对粉尘运移分布的影响规律。以回风侧行人呼吸带高度及司机位置风速大小及粉尘浓度为指标，进行出风口单参数变化对粉尘运移分布影响的模拟分析，确定不同工况下出风口口径及偏转角度等影响参数范围，并利用试验分析各参数的影响程度，分析得到最佳出风口风流调控方案，并进行调控效果分析，具体分析如下

[0123] 1、原始粉尘场存在问题分析

[0124] 根据柠条塔矿实际工作情况，每当风筒出风口距迎头距离超出10m时，风筒末端加上一节长5m的风筒，因此实际作业中风筒出风口距迎头距离时刻保持在5～10m范围之内。因此，为了真实反应实际情况下的风流及粉尘运移分布规律，分别对出风口距迎头各个工况下的粉尘场进行模拟研究，总结传统通风模式下粉尘运移分布存在的问题，为分析出风口风流状态对粉尘分布的影响提供实际依据。同一时刻，各工况下XZ断面粉尘浓度分布如图6所示。回风侧行人呼吸带(x＝5.0m，y＝1.5m)及司机呼吸带高度(x＝3.05m，y＝2.0m)粉尘浓度沿程分布如图7所示。

[0125] 从图6、图7中可以看出，粉尘在掘进机附近区域以及回风侧距迎头0～10空间内积聚，严重危害作业人员的身体健康；出风口距迎头5m、6m工况下，由于整体风速过大，导致原本沉降的粉尘发生二次扬尘，使得回风侧人员呼吸带和司机呼吸带高度整体粉尘浓度相对较大；出风口距迎头9m和10m工况下，掘进机上方区域粉尘积聚问题有所改善，但是由于风流有效射程不足，粉尘稀释效果差，进而使得回风侧粉尘浓度较大，；出风口距迎头7m、8m工况下，整体粉尘浓度分布相对较好，但是掘进机附近区域粉尘积聚问题仍然严重。

[0126] 2、出风口单参数变化对粉尘场影响分析

[0127] 通过对出风口距迎头不同距离工况下的粉尘场存在问题进行了模拟分析，得到出风口距迎头距离的变化对粉尘场分布特征及存在问题有很大影响。下面针对粉尘运移分布具体存在的问题，重点分析出风口距迎头5m和10m两种极限工况下，出风口单参数变化对粉尘场的影响规律。

[0128] 2.1口径大小对粉尘场影响分析

[0129] (1)出风口距迎头5m工况的模拟分析

[0130] 图8和图9分别为不同口径下，距迎头不同距离断面和距底面不同高度断面粉尘浓度分布云图。从图中可以看出，不同口径下粉尘在掘进机上方积聚，改变出风口口径对粉尘积聚区域影响不大，但对于粉尘积聚区域的粉尘浓度大小有较大影响，口径为0.7m时，掘进3
机司机位置粉尘浓度超过800mg/m，粉尘积聚程度最为严重。

[0131] 为了进一步分析口径大小对人员呼吸带位置粉尘浓度分布的影响，分别提取不同口径下行人呼吸带高度及司机呼吸带高度沿程粉尘浓度值，绘制曲线如图10所示。从图中可以看出，在距迎头3.5m位置回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度均达到最大值；随着口径在0.7～1.2m范围内变化，回风侧行人呼吸带高度的最大粉尘浓度由3 3 3
1630mg/m降低为1050mg/m ，司机呼吸带高度的最大粉尘浓度由1030mg/m降低为703mg/
3
m；口径为0.7m和0.8m时，回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度相对较大。

[0132] 对出风口距迎头5m工况下，不同口径下的回风侧行人呼吸带高度的粉尘浓度平均值、掘进司机位置(x＝3.05m,y＝2.0m,z＝7.5m)的粉尘浓度值进行对比分析，如表8所示。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置粉尘浓度大小，分析得到出风口距迎头5m工况下，口径大小为1.0～1.2m时，粉尘浓度相对较低。

[0133] 表8距迎头5m工况不同口径下的数值模拟实验结果

[0134]

[0135] 图11为不同出风口口径下人员呼吸带高度的粉尘浓度沿程分布曲线图，距迎头0～10m范围内，口径为0.7m时回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度均达到最大，这是由于口径减小导致射流风速过大，使得回风侧原本已经沉降的部分粉尘在风流作用下再起扬起，口径为1.1m和1.2m时，射流风速较小，整体粉尘浓度相对较大，粉尘稀释效果较差。

[0136] 出风口距迎头10m时，同样提取不同口径下回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度平均值、掘进司机位置粉尘浓度值进行对比分析，如表9所示。由表可知，口径为0.7m时，司机位置粉尘浓度最大。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置粉尘浓度大小，分析得到口径大小为0.8～1.0m时，粉尘浓度相对较低，风速分布更加合理。

[0137] 表9距迎头10m工况不同口径下的数值模拟实验结果

[0138]

[0139]

[0140] (1)出风口距迎头5m工况

[0141] 图12、13分别为不同偏转角度下，距迎头不同距离和距底面不同高度断面粉尘浓度分布云图。可以看出，水平偏转角度在0～15°范围内，回风侧粉尘浓度明显高于风筒侧，水平偏转角度增大使回风侧粉尘浓度不断降低，但当水平偏转角度为25°时，粉尘在风筒侧积聚，风筒侧粉尘浓度明显增大；当水平角度没有偏转时，掘进司机上方粉尘积聚，说明改变水平偏转角度能够有效防止司机位置粉尘积聚。

[0142] 为了更加直观反应水平偏转角度对人员呼吸带位置粉尘浓度分布的影响，分别提取不同水平偏转角度下行人呼吸带高度及司机呼吸带高度沿程粉尘浓度值，绘制浓度分布曲线如图14所示。从图中可以看出，水平角度不偏转时，回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度均达到最大值；当水平偏转角度由5°增大到20°时，回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度整体粉尘浓度均呈现下降的趋势；当水平偏转角度为25°时，回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度在距迎头15m之后呈不断增大的趋势，在距迎头20m之后该区域内粉尘浓度高于水平偏转角度为0～20°时对应区域内的粉尘浓度。

[0143] 对不同水平偏转角度下的回风侧行人呼吸带高度风速范围和粉尘浓度平均值、掘进司机位置风速及粉尘浓度值进行对比分析，如表10所示。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置风速及粉尘浓度大小，分析得到出风口距迎头5m工况下，水平偏转角度为5～15°时，粉尘浓度相对较低，风速分布更加合理。

[0144] 表10距迎头5m工况不同水平偏转角度下的模拟实验结果

[0145]

[0146] 图15为不同水平偏转角度下司机呼吸带高度粉尘浓度分布曲线图，可出看出，水平偏转角度为10°和15°时，人员呼吸带高度粉尘浓度相对较低，当水平角度没有偏转时，粉尘浓度最大。

[0147] 对不同水平偏转角度下的回风侧行人呼吸带高度的粉尘浓度平均值、掘进司机位置风速及粉尘浓度值进行对比分析，如表11所示。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置粉尘浓度大小，分析得到出风口距迎头10m工况下，水平偏转角度为5～15°时，粉尘浓度相对较低，风速分布更加合理。

[0148] 表11距迎头10m工况不同水平偏转角度下的数值模拟实验结果

[0149]

[0150] 4.2.3垂直偏转角度对粉尘场影响分析

[0151] (1)出风口距迎头5m工况

[0152] 图16、17为出风口距迎头5m工况下，不同垂直偏转角度下距迎头不同距离断面和距离底面不同距离断面的粉尘浓度分布云图，可以看出，垂直偏转角度能顾有效减轻掘进机上方的粉尘积聚问题，但是却使得回风侧粉尘浓度增大。

[0153] 为了进一步分析水平偏转角度对人员呼吸带位置粉尘浓度分布的影响，分别提取不同水平偏转角度下行人呼吸带高度及司机呼吸带高度沿程粉尘浓度值，绘制曲线如图18所示。

[0154] 对图18分析可得，随着垂直偏转角度的增大，回风侧行人呼吸带高度及司机呼吸带高度粉尘浓度均出现明显降低；垂直角度不发生偏转时，回风侧行人呼吸带高度的最大3 3
粉尘浓度为1490mg/m ，司机呼吸带高度的最大粉尘浓度为970mg/m ，垂直上偏角度为6°时，
3
回风侧行人呼吸带高度的最大粉尘浓度降低为453mg/m ，司机呼吸带高度的最大粉尘浓度
3
降低为379mg/m ；改变垂直上偏角度，距迎头15m区域内的粉尘浓度变化明显，但是距迎头距离大于15m之后，垂直上偏角度变化对人员呼吸带高度的粉尘浓度分布影响较小。

[0155] 对不同垂直偏转角度下的回风侧行人呼吸带高度的粉尘浓度平均值以及掘进司机位置的粉尘浓度值进行对比分析，如表12所示。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置的粉尘浓度大小，分析得到出风口距迎头5m工况下，垂直上偏角度为2～6°时，粉尘浓度相对较低，风速分布更加合理。

[0156] 表12距迎头5m下出风口垂直上偏角度变化的数值模拟实验结果

[0157]

[0158]

[0159] 从图19中可出看出，垂直上偏角度为6°时，在距迎头0～10m区域内回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度大于垂直上偏为0～4°时的粉尘浓度，掘进司机附近(距迎头5～10m)区3
域内粉尘浓度相对较大，约为320mg/m。

[0160] 对不同垂直偏转角度下的回风侧行人呼吸带高度的粉尘浓度平均值、掘进司机位置风速及粉尘浓度值进行对比分析，如表13所示。综合考虑回风侧行人呼吸带高度及司机位置粉尘浓度大小，分析得到出风口距迎头10m工况下，垂直偏转角度为0～4°时，粉尘浓度相对较低，风速分布更加合理。

[0161] 表13距迎头10m下出风口垂直上偏角度变化的数值模拟实验结果

[0162]

[0163] 4.3出风口参数的正交设计及模拟分析

[0164] 通过出风口单参数变化对粉尘运移分布规律的影响分析去除评价较低的参数，初步确定了出风口各参数取值范围。同时，根据不同工况下出风口单参数对粉尘场的数值模拟分析，出风口距迎头不同距离工况下，出风口各参数的影响评价不相同，因此需要根据具体工况分别进行正交试验影响参数水平的设计。出风口距迎头5m和10m工况下的出风口各参数水平设计如下：

[0165] (1)风筒出风口距迎头5m工况

[0166] 1)出风口口径(d)的设计：试验设计为1.0m，1.1m，1.2m三个水平；

[0167] 2)出风口水平偏转角(α)的设计：试验设计为5°，10°，15°三个水平；

[0168] 3)出风口垂直上偏角(β)的设计：试验设计为2°，4°，6°三个水平。

[0169] (2)风筒出风口距迎头10m工况

[0170] 1)出风口口径(d)的设计：试验设计为0.8m，0.9m，1.0m三个水平；

[0171] 2)出风口水平偏转角(α)的设计：试验设计为5°，10°，15°三个水平；

[0172] 3)出风口垂直上偏角(β)的设计：试验设计为0°，2°，4°三个水平。

[0173] 因此，出风口距迎头各个工况下，均设计三个影响因素三个水平，以出风口口径、出风口水平偏转角度及出风口垂直上偏角度为试验的分析因素。根据数值模拟分析，选取回风侧平均粉尘浓度以及掘进司机位置粉尘浓度值为试验指标表征调控效果。最终设计L9(33)正交表，出风口距端头5m和10m工况下的正交试验分别如表14、15所示，利用软件对这18组方案进行模拟分析。

[0174] 表14出风口距迎头5m下的正交试验设计表

[0175]

[0176] 表15出风口距迎头10m下的正交试验设计表

[0177]

[0178] 4.4正交试验模拟分析

[0179] 分别对出风口距迎头5m和10m下正交设计的9组试验进行模拟分析，提取行人呼吸带高度及司机位置的粉尘浓度值，通过极差分析得到出风口各影响参数的主次顺序，进而确定粉尘浓度的主要影响参数和次要影响参数；判断出风口参数对粉尘浓度影响的显著程度；分析出风口各参数与粉尘浓度之间的关系；最后分析得到出风口最佳风流调控的参数值。

[0180] (1)出风口距迎头5m工况

[0181] 表16为出风口距迎头5m工况下的9组正交试验结果。

[0182] 表16出风口距迎头5m工况下正交试验结果

[0183]

[0184] 依据正交试验结果分别进行回风侧行人呼吸带高度和司机位置粉尘浓度值的极差计算，如表17和表18所示。根据表17中Rj值的大小对出风口各参数的影响度进行排序，得到行人呼吸带高度粉尘浓度影响因素的重要度排序为：水平偏转角度>口径大小>垂直上偏角度，并绘制行人呼吸带高度粉尘浓度极差分布图，如图20所示。

[0185] 表17行人呼吸带高度粉尘浓度值的极差计算

[0186]名称 口径大小d 水平偏转角度α 垂直上偏角度β
Kj1 712 886 768
Kj2 752 687 756
Kj3 776 667 715
kj1 237.33 295.33 256.00
kj2 250.67 229.00 252.00
kj3 258.67 222.33 238.33
Rj 21.34 73.00 17.67

[0187] 结合表17和图20分析可知，水平偏转角度参数对行人呼吸带高度粉尘浓度影响程度最大，水平偏转角度增大，粉尘浓度减小；口径大小参数影响次之，口径增大，粉尘浓度增大；垂直偏转角度参数的影响相对最小，垂直偏转角度增大，粉尘浓度减小。因此，以行人呼吸带高度粉尘浓度为优化指标，最佳的调控方案为：水平偏转15°、口径为1.0m、垂直上偏6°。

[0188] 表18司机位置粉尘浓度值的极差计算

[0189]

[0190]

[0191] 根据表18中Rj值得到司机位置粉尘浓度影响因素的重要度排序为：水平偏转角度>垂直上偏角度>口径大小，并绘制司机位置粉尘浓度极差分布图，如图21所示。

[0192] 结合表18和图21分析可知，水平偏转角度这一因素的变化幅度最大，对司机位置粉尘浓度影响程度明显最大，水平偏转角度增大，粉尘浓度先增后降，水平偏转角度为15°时，粉尘浓度达到最低；垂直偏转角度参数的影响次之，垂直偏转角度增大，粉尘浓度呈降低的趋势；口径大小参数的影响最小，口径增大，粉尘浓度呈先降后增的趋势，口径为1.1m时，粉尘浓度达到最低。因此，以司机位置粉尘浓度为优化指标，最佳的调控方案为：水平偏转15°、垂直上偏6°、口径为1.1m。

[0193] 采用综合平衡法对5m工况下的两项粉尘浓度指标的分析结果进行综合比较，水平偏转角度为15°和垂直上偏角度为6°时，行人呼吸带高度和司机位置粉尘浓度都同时达到最低，口径大小的选取通过风速的分布情况分析得出，由表4.10可以看出，口径为1.0m时，司机位置出现风速低于0.25m/s，不符合煤安规定。因此，出风口距迎头5m工况下，口径为1.1m、水平偏转角度为15°、垂直上偏角度为6°时，综掘面粉尘浓度调控效果最佳，风速大小最为合理。

[0194] (2)出风口距迎头10m工况

[0195] 表19为出风口距迎头10m工况下的9组正交试验结果。

[0196] 表19出风口距迎头10m工况下正交试验结果

[0197]

[0198] 依据正交试验结果分别进行回风侧行人呼吸带高度和司机位置浓度值的极差计算，如表20、表21所示。根据表中Rj值的大小对出风口各参数的影响度进行排序，得到回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度影响因素的重要度排序为：水平偏转角度>口径大小>垂直上偏角度。司机位置粉尘浓度影响因素的重要度排序为：垂直上偏角度>水平偏转角度>口径大小。根据极差计算表，分别绘制行人呼吸带高度和司机位置粉尘浓度极差分布图，如图22、23所示。

[0199] 表20回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度值的极差计算

[0200]名称 口径大小d 水平偏转角度α 垂直上偏角度β
Kj1 560 782 576
Kj2 591 624 629
Kj3 715 460 661
kj1 186.67 260.67 192.00
kj2 197.00 208.00 209.67
kj3 238.33 153.33 220.33
Rj 51.66 107.34 28.33

[0201] 表21司机位置粉尘浓度值的极差计算

[0202]名称 口径大小d 水平偏转角度α 垂直上偏角度β
Kj1 609 609 530
Kj2 640 663 534
Kj3 575 552 760
kj1 203.00 203.00 176.67
kj2 213.33 221.00 178.00
kj3 191.67 184.00 253.33
Rj 21.66 37.00 76.66

[0203] 结合表21和图22分析可知，水平偏转角度参数对行人呼吸带高度粉尘浓度影响程度明显最大，水平偏转角度增大，粉尘浓度降低；口径大小参数的影响次之，口径增大，粉尘浓度增大；垂直偏转角度参数的影响最小，垂直偏转角度增大，粉尘浓度增大。因此，以行人呼吸带高度粉尘浓度为优化指标，最佳的调控方案为：水平偏转15°、口径为0.8m、垂直上偏0°。

[0204] 结合表21和图23分析可知，垂直偏转角度参数对司机位置粉尘浓度影响程度明显最大，垂直偏转角度增大，粉尘浓度增大；水平偏转角度参数的影响次之，水平偏转角度增大，粉尘浓度先增大后降低，水平偏转角度为15°时，浓度达到最低；口径大小参数的影响最小，口径增大，粉尘浓度先增大后降低，口径为1.0时，粉尘浓度达到最低。因此，以司机位置粉尘浓度为优化指标，最佳的调控方案为：垂直上偏0°、水平偏转15°、口径为1.0m。

[0205] 采用综合平衡法对10m工况下的两项粉尘浓度指标的分析结果进行综合比较，水平偏转角度为15°、垂直上偏角度为0°时，行人呼吸带高度和司机位置粉尘浓度都同时达到最低，口径大小的选取通过风速的分布情况分析得出，从表4.13中可以看出，口径为1.0m时，司机位置风速相对过小。因此，出风口距迎头10m工况下，口径为0.8m、水平偏转角度为15°、垂直上偏角度为0°时，综掘面粉尘浓度调控效果最佳，风速大小最为合理。

[0206] 4.4出风口风流调控效果分析

[0207] 基于上文数值模拟研究得到的风筒出风口最佳风流调控方案，对出风口距迎头5m和10m工况下调控前后人员呼吸带的粉尘浓度值进行对比分析。

[0208] 图24为出风口距迎头5m工况下调控前后人员呼吸带粉尘浓度分布数值模拟结果对比。可以看出，调控后人员呼吸带高度粉尘浓度明显降低，其中行人呼吸带高度的最大粉3 3 3
尘浓度值由1490mg/m降低为877mg/m ，司机呼吸带高度的最大粉尘浓度值由970mg/m降低
3 3
为407mg/m ；调控后行人呼吸带平均粉尘浓度由367mg/m3降低为236mg/m ，降尘率达到
3 3
35.7％，司机位置粉尘浓度由517mg/m降低为280mg/m，降尘率达到45.8％。

[0209] 图25为出风口距迎头10m工况下调控前后人员呼吸带粉尘浓度分布数值模拟结果对比。可以看出，调控后人员呼吸带高度粉尘浓度明显降低，其中人员呼吸带高度的最大粉3 3 3
尘浓度值由969mg/m降低为641mg/m ，司机呼吸带高度的最大粉尘浓度值由451mg/m降低
3 3 3
为432mg/m ；调控后行人呼吸带平均粉尘浓度由240mg/m降低为148mg/m ，降尘率达到
3 3
38.3％；司机位置粉尘浓度由236mg/m降低为143mg/m，降尘率达到39.4％。

[0210] 表22为出风口距迎头5m工况下调控前后粉尘浓度实测数据，表4.17为出风口距迎头5m工况下的调控效果分析，B测点位于司机呼吸带高度位置，C测点位于回风侧行人呼吸3 3
带高度位置。由表4.16、4.17可知，调控后平均粉尘浓度由392.4mg/m降低为261.4mg/m ，降
3 3
尘率达到33.4％；司机位置粉尘浓度由532mg/m降低为291mg/m，降尘率达到45.3％。

[0211] 表22出风口距迎头5m工况下调控前后实测数据

[0212]

[0213] 表23出风口距迎头5m工况下调控效果分析

[0214]

[0215]

[0216] 表25为出风口距迎头10m工况下调控前后粉尘浓度实测数据，表4.19为出风口距迎头10m工况下的调控效果分析，B测点位于司机呼吸带高度位置，C测点位于回风侧行人呼3
吸带高度位置。由表4.18、4.19可知，行人呼吸带平均粉尘浓度由259.2mg/m 降低为
3 3 3
170.2mg/m ，降尘率达到34.3％；司机位置粉尘浓度由277mg/m降低为165mg/m ，降尘率达到40.4％。

[0217] 表24出风口距迎头10m工况下调控前后实测数据

[0218]

[0219] 表25出风口距迎头10m工况下调控效果分析

[0220]

[0221] 结论：出风口距迎头5m时，回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度的影响因素敏感度顺序为：水平偏转角度>口径大小>垂直上偏角度，司机位置粉尘浓度的影响因素的敏感度顺序为：水平偏转角度>垂直上偏角度>口径大小。综合考虑得到最佳调控方案为：口径为1.1m、水平偏转15°、垂直上偏6°。

[0222] 出风口距迎头10m时，回风侧行人呼吸带高度粉尘浓度的影响因素敏感度顺序为：水平偏转角度>口径大小>垂直上偏角度，司机位置粉尘浓度的影响因素敏感度顺序为：垂直上偏角度>水平偏转角度>口径大小。综合考虑得到最佳调控方案为：口径为0.8m、水平偏转15°、垂直上偏0°。

[0223] 调控前后的井下测试结果表明，出风口距迎头5m时，调控后回风侧行人呼吸带降尘率达到33.4％，司机位置降尘率达到45.3％；出风口距迎头10m时，调控后回风侧行人呼吸带降尘率达到34.3％，司机位置降尘率达到40.4％。

[0224] 本发明的粉尘场参数化仿真软件在建立完成后，对柠条塔矿S1212综掘面的粉尘运移分布进行了模拟，并与实际粉尘分布数据进行对比来验证仿真软件的可行性，验证过程为：

[0225] 步骤一、进入粉尘场参数化仿真软件的第一界面，如图1所示。通过菜单栏的文件按键选择计算机ANSYS Workbench软件的安装目录，在结果输出区域设置仿真计算结果文件的存储路径，而后根据S1212综掘面的作业环境在参数设置区域设置求解参数；

[0226] 步骤二、在结果输出区域查看模拟计算结果，并点击保存按键，粉尘场参数化软件自动在指定路径创建wbpj文件、_files文件和仿真结果图片等；

[0227] 步骤三、将粉尘场参数化仿真计算结果和井下测试结果进行对比分析，如图26所示。从图26中可以看出，粉尘场参数化仿真软件计算得到的回风侧呼吸带高度粉尘浓度分布曲线与对应位置的实测结果相一致，验证了粉尘场参数化仿真软件的可靠性。

[0228] 本申请为了便于模拟计算，进行压入式通风方式下综掘面出风口风流调控的粉尘场、瓦斯场和风流场参数化仿真软件的开发，并设计开发参数化软件用户交互界面，通过界面输入求解参数后台调用ANSYS Workbench软件自动进行风场及粉尘场仿真计算。该软件能够进行动态粉尘源下的综掘面出风口调控参数变化的粉尘浓度分布分析。利用Python语言对仿真计算流程进行封装，实现参数的可编写化，提高工作效率。

[0229] 在综掘面出风口参数变化下的粉尘场、瓦斯场和风流场数值模拟分析的基础上，进行基于ANSYS Workbench的综掘面出风口风流调控的粉尘场参数化仿真软件的总体功能设计，利用ANSYS Workbench DM模块建立了综掘巷道参数化模型，利用Python语言设计并开发了用户交互界面，实现了通过Python驱动Workbench进行建模、求解及结果保存的参数化仿真分析，有效提升了粉尘场模拟仿真效率，并利用参数化仿真软件对柠条塔矿S1212综掘面粉尘运移分布规律进行了模拟分析，检验了该参数化软件的可靠性。

[0230] 实现了选择计算目标及路径选择的功能；其具体是：启动软件程序，用户首先需要选择进行粉尘场计算，选择完成自动进入下一界面，选择计算机上ANSYS Workbench的程序路径及计算结果存放路径。

[0231] 实现了保存和导入型号参数的功能；其具体是：该功能的设计是为了方便用户对已经进行仿真过的模型进行命名并保持在指定路径下，方便以后再次计算直接导入模型参数和计算参数。用户可以通过点击“导入型号”/“应用型号参数”直接导入模型计算参数，也可以通过点击“添加型号”对当下模型的计算参数进行命名并保存，方便下次直接调用。

[0232] 实现了计算参数设置的功能；其具体是：为了方便用户进行不同综掘面各个工况下的出风口参数变化下的粉尘场仿真计算分析，参数设置界面应包括“几何参数”、“材料属性及环境操作参数”、“边界条件参数”以及“出风口调控参数”。同时，参数设置还应显示参数允许的输入范围和巷道几何模型图，显示参数范围保证用户输入参数应在合理的范围内，巷道模型图方便用户进行几何参数的输入。

[0233] 实现了计算结果保存及查看的功能；其具体是：为了方便用户对仿真计算结果进行保存和查看，界面应设置“查看”和“结果文件夹”按钮，计算完毕后通过点击按钮对结果进行分析处理。

[0234] 本申请是基于ANSYS Workbench的压入式通风方式下综掘面出风口风流调控的粉尘场、瓦斯场、风流场参数化仿真软件，能够进行不同工况下综掘面出风口调控参数变化的粉尘浓度运移分布规律分析。为了便于数值模拟计算，建模、划分网格、设定参数及边界条件等步骤的操作只需在软件界面输入相应的参数即可，保存参数后便可直接进行求解运算，软件会自动调用Workbench建立分析流程，自主进行模拟计算，在计算完成后自动保存结果文件。

[0235] 所述瓦斯场及风流场的参数化仿真模拟过程与粉尘场的参数化仿真模拟过程相同。

[0236] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。