综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究

煤矿掘进过程中粉尘聚集严重,目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。基于混合式风流调控系统,依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面,分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口径、抽风口距工作面距离和压抽比等混合式风流调控参数对粉尘沉降规律的影响:随着压风口距工作面距离增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减再增,小颗粒粉尘占比增加;随着压风口右偏角度增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比变化明显;随着压风口口径增加,司机处截面小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减;随着抽风口距工作面距离增加,司机处截面大颗粒粉尘占比先增后减,小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面粉尘粒径分布变化不大;随着压抽比增大,司机处和回风侧行人呼吸带截面小颗粒粉尘占比减小。以上述风流调控各参数为自变量,回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度最低为优化目标,建立了粉尘沉降优化回归模型,利用粒子群优化算法求解模型,得到最优风流调控方案:压风口距工作面距离为8.9 m,压风口右偏角度为14.8°,压风口口径为0.9 m,抽风口距工作面距离为4.3 m,压抽比为1.1。搭建了风流调控下粉尘沉降实验平台,实验结果表明:测试值与粉尘沉降优化回归模型的模拟值误差在13%以内,验证了模型的准确性;优化后粒径为71~100μm的粉尘受风流调控参数影响明显,沉降在掘进机前方;优化后回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度分别降低了47.4%和42.4%,降尘效果明显。

基于增强角动量的综掘工作面旋流风幕优化数值研究

为研究添加旋流风幕的长压短抽式通风系统的控尘效果,提出以增设多组切向送风的形式增强角动量,增强旋流风幕的稳定性。以某矿综掘工作面为例,分析了出风角、出口距迎头距离、出口长宽比、径轴流量比对旋流风幕的影响,并与附壁射流形成的旋流风幕进行了比较。结果表明,旋流风幕的结构稳定性会随着出风角的增大先增强后降低,随着风幕出口距迎头距离的增大而降低,随着风幕出口长宽比、径轴流量比的增大而增强;与附壁射流形成的旋流风幕相比,优化后的旋流风幕更稳定,更好地保障了涡核区的负压效果,负压增量达117.74%;大幅提升了涡核区轴向速度,增量可达422.73%;距迎头7m处粉尘浓度从18.6mg/m^(3)降低到8.62mg/m^(3),研究成果可为综掘工作面除尘技术提供一定的参考。

基于CFD-DEM耦合的梯级溜槽的设计与分析

针对传统物料转运过程中溜槽和输送带磨损严重、出口处粉尘浓度过高的问题,建立含臂架的梯级溜槽几何模型,采用基于计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,分析了臂架对转运溜槽的磨损以及对其出口处粉尘排放浓度的影响。仿真结果表明:含臂架的梯级溜槽可以有效控制物料流的速度和方向,降低对溜槽内表面的冲击磨损,降低出口处的粉尘量。

井下转载破碎点粉尘分布特征及降尘系统研究

为了改善综放工作面转载破碎区域的工作环境,结合粉尘分散度分析和现场实测得出转载机机头前1 m处、破碎机处及前刮板机和后刮板机处是四个主要的产尘位置。其中,转载机机头前1 m处持续不断地产生呼吸性粉尘,其PM5占比高达85.19%,原因在于煤块与带式输送机猛烈撞击后产生大量呼吸性粉尘;破碎机处也产生大量呼吸性粉尘,但积累呼尘的速率相对较慢,其PM10占比可达98%,这些粉尘主要来源于两防护罩间由于连接不吻合而产生的缝隙;前刮板机和后刮板机处可吸入粉尘占比相对稳定且比例较高,粉尘粒度分布相对均匀,这是由于此处煤块普遍较大且携带较高的势能,下落后产生大量微细粉尘。并根据每个产尘点的特性采用不同的喷雾降尘技术并设计相应的降尘系统:转载点喷雾形成全断面喷雾抑尘,破碎机喷雾将粉尘封闭在破碎机内部并沉降,前后刮板机喷雾利用雾群将粉尘完全覆盖。最后通过现场检验,PM5和PM10粉尘的降尘率都达到85%左右,降尘效果良好。

金属离子对固化封尘剂沉降特性的影响

金属离子是固化封尘剂配置和使用过程中影响除尘效果的主要影响因素,研究了固化封尘剂沉降过程中质量浓度、金属离子浓度、金属离子种类对其悬浮液颗粒表面电位和稳定性的影响。结果表明,随封尘剂质量浓度的增加,悬浮液中固体颗粒表面负电位增加,体系的稳定性增强;金属阳离子通过影响悬浮液固体颗粒表面负电位而影响体系的稳定性,阳离子浓度越大,封尘剂悬浮液稳定性系数TSI值越大,不同种类的阳离子对封尘剂悬浮液影响程度不同,相同浓度下阳离子对封尘剂悬浮液失稳作用强度顺序为Fe^(3+)>Fe^(2+)>Ca^(2+)>Na^(+)。

雾炮风机的气动性能分析与结构改进

为提高ZWP-80型雾炮风机的降尘性能,解决有效射程短、覆盖面积小和降尘效果差等问题,使用ANSYS中的Fluent模块对雾炮工作过程进行仿真,得到了雾炮内部和外部流场的流动状态以及相应的数据。基于仿真结果,对雾炮风机的风筒出口直径和风筒长度进行优化改进和参数匹配。利用单因素实验和正交实验确定ZWP-80型雾炮最佳的结构参数优化方案和最佳设计方案,提高其降尘性能。

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明:保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m^(3)/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30~90 mg/m^(3),作业环境最佳。

液体表面张力对超声雾化特性的影响分析

为进一步提升超声雾化技术的效果,利用自主研发的喷雾雾化效果测试装置,系统研究了液体表面张力对喷雾粒径与雾滴数密度的影响规律。研究结果表明:随着表面活性剂溶液质量分数增加,液体表面张力先降低、后趋于稳定,其中,非离子型表面活性剂3对溶液表面张力的降低效果最显著;随着表面活性剂3溶液质量分数的增大,液体雾化粒径先减小,在表面活性剂3质量分数增至0.015%后雾化粒径呈上升趋势;随着表面活性剂3溶液质量分数的增大,雾滴数密度呈先增大后减小的变化规律。该研究对提升超声雾化效果,增强其在粉尘控制、防灭火等领域的应用具有重要意义。

通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律

为掌握通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律,以陕西红柳林煤矿15218连采工作面为研究对象,采用SolidWorks构建了连采工作面物理模型,基于欧拉-拉格朗日方法,使用CFD软件对风流场、粉尘浓度分布、粉尘粒径分布进行了数值模拟。结果表明:(1)连采工作面内大部分含尘风流向回风侧运移,粉尘主要富集于回风侧连续采煤机截割滚筒下方的三角区及连续采煤机尾部至巷道中部区域。(2)涡流区内粉尘富集较少,部分粉尘富集于梭车内,尾流区内粉尘云团呈凹形条带状。(3)含尘风流向巷道出口运移过程中,粗尘沉降最多,细尘次之,微尘沉降最少;微尘、细尘、粗尘数量随巷道高度增加均呈先增加后减少的变化规律;微尘、细尘、粗尘数量随距采煤壁面距离、回风侧巷道壁面距离的增大均减少。(4)呼吸带高度处粉尘云团浓度和面积均随风速增大而减小,且微尘、细尘、粗尘占比分别为15%,54%,31%左右,基本不受风速变化影响。(5)1.6 m/s的风速虽利于呼吸带高度平面粉尘富集区域的排尘,但会扬起更多的粉尘进入呼吸带高度平面,因此既要合理增大风速进行全局排尘,也要采取针对性措施进行局部重点控降尘。

煤矿快速掘进工作面产尘特点及综合防尘技术研究

针对煤矿快掘工作面掘进速度快、设备集中、产尘量大等特点,以曹家滩煤矿122107辅运巷快速掘进工作面为研究对象,详细分析了快速掘进工作面的产尘规律,开展“喷雾抑尘+机载通风控除尘”综合防尘技术及其工艺参数研究,结合快速掘进工作面产尘特性及掘锚一体机外形特点,设计了4种贴近截割滚筒的喷雾装置和1种机载控除尘装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:应用快掘工作面综合防降尘技术,降尘效率在90.69%以上,能极大地改善快掘工作面粉尘污染情况。

风流扰动下煤炭装载冲击粉尘运移规律与抑尘技术研究

煤炭装载冲击是露天煤矿主要的产尘环节之一,尤其在自然风流的作用下容易造成大面积的粉尘污染。针对内蒙古地区露天煤矿地域气象风力强劲、装车冲击粉尘浓度高、粉尘扩散污染严重等问题,采用Realizableκ-ε湍流模型,结合数值模拟分析不同风速扰动下装载冲击产尘运移规律,探究抑尘运移方法及其防治粉尘污染的作用效果,结合内蒙古白音华三号露天煤矿装车站现场,设计优化阻尘技术并进行现场应用与效果分析。研究结果表明:流经装车涵洞的过堂风、背风面形成的涡旋风流是促使下风侧粉尘颗粒运移的主要原因;随着风速的增大,装车站风流的不均匀性不断加剧,粉尘颗粒在风流的夹带作用下向下风侧区域扩散;粉尘扩散污染路径装设抑尘网可实现对粉尘运移的有效阻隔,且随着抑尘网高度的增加,装车站下风侧区域内的风速值出现显著降低,并在装车涵洞出口处形成一条风速值分布较为均匀的低速带,进而降低了粉尘颗粒的逃逸速度,有效控制了粉尘的扩散范围;此外,抑尘网安装高度对于风流场与粉尘运移的影响存在阈值,基于模拟研究结果,优选网高为7 m的防风抑尘网进行现场应用。现场粉尘浓度测定结果表明:抑尘网内外粉尘降低效率达到82.51%以上,有效降低了装车站粉尘扩散范围,对矿区周边的环境保护具有重要意义。

地下金属矿山袋式除尘器的应用与展望

目前地下金属矿山粉尘问题突出,亟需采用有效的手段来解决矿山粉尘问题。袋式除尘器作为一种高效且适应性强的除尘设备,在生活和生产的各个领域被广泛应用,但因其在地下金属矿山的使用中容易出现滤袋粘结、接口处易破坏以及整体体积大、不易移动等问题,没有被广泛应用。基于地下金属矿山粉尘现状,对近20年的袋式除尘器研究成果进行了梳理分析,重点从袋式除尘器的运行机理、国内外发展史、袋式除尘器内部结构优化进展,滤料优化进展及袋式除尘器现行相关标准进行阐述。研究结果表明:袋式除尘器整体性能与其内部结构、滤袋材料以及执行标准密切相关。针对地下金属矿山袋式除尘技术研究现状,分析了现有研究不足,并提出了未来的主要研究方向,即优化袋式除尘器结构、规范袋式除尘效率测定方法及关注矿山粉尘对作业人员身体健康与工作环境的影响。

综掘工作面气室降尘技术研究

针对掘进巷道中的粉尘控制问题,传统的长压短抽通风降尘技术存在粉尘扩散区域大、风幕降尘技术存在射流孔易堵塞等弊端。以巴拉素煤矿综掘工作面为工程研究背景,建立了掘进作业过程中的粉尘运动数学模型,得出降低综掘工作面粉尘浓度的关键因素是控制掘进巷道风流场扰动范围及减小粉尘颗粒运动时间。以上述关键因素为依据,在风幕降尘的基础上开发了气室降尘技术,通过在正压风筒末端加装风袖,与风幕共同作用将粉尘封闭在气室区域内,再由负压风机抽出,以提高降尘效率。采用Fluent软件对长压短抽通风降尘、风幕降尘和气室降尘进行模拟对比分析,并优化了气室降尘技术参数。模拟结果表明:采用气室降尘技术时,综掘工作面人体呼吸带位置的粉尘浓度为350 mg/m^(3),较采用长压短抽通风降尘时的600 mg/m^(3)和风幕降尘时的480 mg/m^(3)大幅降低;气室降尘最优技术参数为正压风筒出风口距综掘工作面14 m、负压风筒末端直径0.6 m。在巴拉素煤矿2号煤2号回风大巷综掘工作面进行现场试验,结果表明采用气室降尘时,掘进巷道最低粉尘浓度为118 mg/m^(3),低于采用长压短抽通风降尘时的184 mg/m^(3)和风幕降尘时的156 mg/m^(3),且降尘效率较长压短抽通风降尘平均提高54.8%。

SGS型双功能高压水表的研究

详细介绍了ＳＧＳ型双功能高压水表的工作原理、技术参数、结构、功能及研制结果。该水表能同时测定注入煤层中的水量和注水压力。

基于TRIZ法的巷道雾化降尘装置设计研究

目前全断面喷雾降尘在煤矿巷道中应用广泛,降尘装置的便捷移动成为了全断面喷雾降尘装置设计时的一个重要课题,基于TRIZ法通过实验室实验和现场试验,对喷雾降尘机理进行研究。结果表明:雾化主要通过气液运动撞击而实现,气体高速运动形成超声共振可以对液体进行二次雾化,实现对微小颗粒的吸附。为了进一步验证该装置的现场实用性,以某矿区煤矿某掘进巷为初步试验点,并开展了掘进巷呼吸性粉尘现场测试,进一步证实了细水雾除呼吸性粉尘的有效性,全尘除尘率76%,呼吸性粉尘除尘率66%。

煤矿粉尘治理技术现状及展望

本文主要介绍了煤矿粉尘的来源、危害及近年来国内煤矿防尘技术方面的研究成果,并对防尘技术研究的基本趋势做了展望。

基于TRIZ创新方法的巷道降尘装置改进设计

基于发明问题解决理论(TRIZ)创新方法改进设计了巷道降尘装置,提升装置的降尘效果和效率,为从事煤矿开采的工作人员提供更加良好的工作环境。从TRIZ创新方法的基本工作原理出发,使用过程化预测方式尝试升级降尘装置的待创新结构,实现最终降尘装置的改进设计。使用模拟试验平台模拟分析改进的降尘装置的性能。分析结果显示,改进设计的降尘装置对于巷道之中的不同位置粉尘均具有较好抑制效果,装置使用时间增加能够使得粉尘质量下降;同时还能综合性地提升巷道中的降尘效率,获得较好降尘效果。

半煤岩巷综掘工作面泡沫降尘应用

半煤岩巷综掘工作面由于受生产工艺所限,在截割、转载过程中产生大量的粉尘,这些有害粉尘既影响矿工的身体健康,又影响现场作业的安全状况,尤其在党的十八大以来,国家多次发文关心煤矿安全生产工作,发展不能以牺牲人的生命为代价,因此必须采取有效措施,控制粉尘的扩散和飞扬。半煤岩综掘工作面引进了泡沫降尘装置,并对滤尘系统进行了改造,投用后除尘效率达97%。

半煤岩巷快速掘进工作面粉尘综合治理技术及装备研究

快速掘进工作面由于掘进速度快、产尘强度高导致粉尘污染严重,特别是岩巷以及半煤岩巷道,粉尘污染程度更高。以袁大滩煤矿半煤岩快速掘进工作面为研究对象,设计了新型的滚筒下部喷雾、大臂喷雾、滚筒底部喷雾、滚筒上部喷雾及转载喷雾,同时设计了配套机载控除尘系统。经过现场实测,采用综合降尘措施后,总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率最高分别达到91.37%和85.49%以上,降尘效果显著。

综合防尘措施在成庄矿井下综掘工作面的应用

煤矿井下生产过程中会产生大量粉尘,不仅对作业环境、机电设备造成严重影响,也时刻威胁着井下安全生产和作业人员身体健康。结合煤矿综掘工作面粉尘的产生机理及运动规律,探讨了多层级综合防尘措施在成庄矿井下综掘工作面的实际应用。综合防尘措施的应用,对综掘工作面粉尘形成了有效拦截,进一步提升了降尘率,既优化了工作面的作业环境,又保障了安全生产。