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%。

煤矿综合防尘技术及降尘效果分析

分析了煤矿产尘源,介绍了先进的综合防尘技术,结合防尘效果,对煤矿综合防尘技术进行了科学评价。

水雾粒子特性对呼吸性粉尘降尘效率影响研究

为有效去除工业生产中的呼吸性粉尘,提高水雾粒子对呼吸性粉尘的捕捉效率,基于三相流理论建立了高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合数值模型。研究高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合过程,分析雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响。结果表明,对于不同粒径等级的呼吸性粉尘,达到最佳润湿度对应的雾-尘粒径比不同,k(PM1)=15、k(PM2.5)=2和k(PM5)=1。在高速气流中雾-尘相对运动状态不同时,粉尘颗粒的最佳润湿度随雾-尘相对速度U增大而增大。搭建仿真试验模型,研究不同情况下水雾粒子的捕尘效率。结果表明,超音速雾化喷嘴对呼吸性粉尘的降尘效率为95.95%,单流体喷嘴降尘效率为82.98%。结合现场试验对比分析,验证雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响规律。结果表明,越符合粉尘粒子被捕捉的最佳粒径比的喷嘴的降尘效率越高,提高尘雾粒子碰撞速度可以提高对粉尘粒子的捕捉效率,为治理呼吸性粉尘及清洁化工业生产提供理论依据。

超音速同轴气动雾化降尘技术

在煤矿开采过程中伴随大量的呼吸性粉尘产生,严重危害工人健康。喷雾技术作为应用最为广泛的降尘技术,具高效、清洁等优点,但现有的喷雾技术对呼吸性粉尘的捕获能力不强,雾化效率低。为解决该问题,研发了超音速同轴气动雾化技术。通过实验和数值模拟的方法对该技术的雾化特性进行了研究,并基于自行设计的降尘实验平台对比了超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术与超音速同轴气动雾化降尘技术的降尘特性。同时通过2种技术的隔尘对比实验揭示了粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降机理。结果表明:在不同气动压力下,超音速同轴雾化降尘装置所采用的同轴探针注水方式大幅降低了探针结构对超音速流场能量的损耗,显著提高了雾化效率,产生了大量11μm以下、空间分布均匀的高速雾滴群,与虹吸雾化装置相比,粒径减小了12%~50%,在喷雾流场中形成了大范围高速细雾区域。雾滴场与粉尘场的耦合效果,可以由粉尘的瞬时分散度表征,并由雾滴场特性的分布特征决定。不同时刻,各个粒径区间的分级降尘效率的变化趋势不同,在不同压力下对总的降尘效率的贡献不同。超音速同轴雾化技术产生的大范围高速细雾易于捕集呼吸性粉尘,PM0~PM2.5的分级效率在75%以上,最高可达90%。压力的增大使高速细雾范围增大,有利于对微细颗粒的捕集。含尘气流在有限空间运移过程中粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降过程可划分为雾滴捕尘区、凝并沉降区、蒸发逃逸区。在不同区域雾滴与粉尘不同的行为与浓度分布,是受到喷雾气流及气载风流曳力运移,高速微雾碰撞捕捉、雾滴凝并沉降、雾滴蒸发失重作用的结果。

压电式超声雾化降尘系统设计及其试验研究

通过传送带传送物料是散料工业运输的主要方式,对运输过程中产生的粉尘进行治理是散料工业运输亟需解决的问题,目前应用比较多的方法为雾化降尘法。为了提升雾化降尘的效果,设计了一种30 kHz喇叭型压电式超声雾化装置和配套的雾化降尘试验系统,并采用单因素试验研究入口水流量、风速、粉尘种类、颗粒直径、喷嘴安装角度等工艺参数对雾化降尘效率的影响规律。结果表明,当入口水流量为30 L/h时,对煤粉粉尘降尘效率为75.9%;当风速为2.1 m/s时,对煤粉粉尘降尘效率为61.1%;相比较于煤粉和沙子,黄土的降尘效率略高;该喷嘴对粒径为107~180μm范围内的煤粉粉尘降尘效率最高为73.9%;当喷嘴安装角度为0时,对煤粉粉尘降尘效率最高为81%。

库布齐沙漠光伏电站气象特征观测及降尘微量元素分布规律

2023年3月对位于库布齐沙漠中的光伏电站开展环境和气象综合观测实验,分析光伏面板降尘中微量元素含量,定量阐述光伏电站对当地气候环境的影响,阐明降尘微量元素的分布规律.结果表明,上午电站内空气温度高于电站外,下午相反.下层平均气温站内为4.43℃,比站外降低了0.82℃.电站内底层空气湿度明显高于高层,最大差异达10%以上,并显著高于站外底层.电站内风速显著低于电站外,站内底层风速较站外降低了59.8%.光伏电站内降尘量为1.70 g/m^(2),比站外低170.27 g/m^(2),光伏电站防风固沙效果显著.不同类型光伏面板上降尘量不同,固定可调型光伏面板上降尘量为0.45 g/m^(2),比追踪型光伏面板降尘量低0.6 g/m^(2).光伏电站内降尘中元素Fe含量最高,其次是Mn、Mo.光伏电站场地中央w(V)、w(Cr)、w(Zn)、w(Ni)、w(Cu)、w(Pb)和w(As)分别为1.67×10^(-7)、1.19×10^(-7)、1.70×10^(-7)、1.70×10^(-8)、6.90×10^(-8)、2.20×10^(-8)和5.00×10^(-9),显著低于电站边缘和沙漠边缘,光伏电站有助于降低有毒重金属元素的富集.

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%。

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。

矿井湿喷过程的产尘特性和复合降尘外加剂的制备

矿井湿喷过程的粉尘污染是制约湿喷支护工程高效、清洁和安全生产的重要因素。为降低湿喷过程粉尘对作业人员的危害,提高矿山企业粉尘防治和职业健康保障的能力,运用气溶胶力学与HertzMindlin碰撞理论,构建了湿喷混凝土冲击产尘的动力学模型;并针对湿喷工艺特点,建立了湿喷混凝土相似实验装置,对不同工艺条件下的产尘特性进行分析;结合湿喷过程外加剂的降尘机制,对外加剂的减弹降尘性能进行研究,配置适用于湿喷工艺的高性能复合降尘外加剂。结果表明,湿喷过程中弥散在空气中的气溶胶颗粒粒径大部分在2μm以下,2μm以下(不含2μm)颗粒数占比在90%以上。湿喷产尘主要受喷射距离、喷射压力和水灰比影响。喷射距离不宜太大或太小;随着喷射距离的增加,颗粒浓度呈先降低后增加的趋势。同样,喷射压力为0.4 MPa时,较为合适。当压力太大时,会导致回弹率和粉尘质量浓度增加;当压力太小时,物料到达受喷面时的动能较小,不能很好地黏附在受喷面。同时,在保证物料流动性的同时,可通过减小水灰比来降低回弹率和产尘量。研制的复合降尘外加剂主要由速凝剂、络合剂、早强剂、黏结剂以及表面活性剂复配形成。通过正交实验以及优化实验,最终确定的湿喷复合降尘外加剂配方及其质量分数为:A-55%、B-3%、C-4.5%、D-0.5%、E-0.15%、水-36.85%。掺入该复合降尘外加剂后,湿喷过程粉尘质量浓度下降了约57%,有效降低湿喷过程的粉尘产生量,降尘效果明显。

管道形状对超音速雾化降尘特性的影响

为治理煤矿行业中井下粉尘的污染问题,基于可压缩气流管内超音速流动理论,提出1种超音速雾化降尘技术;通过数值模拟的方法来研究不同结构、气动总压力对拉瓦尔喷管内超音速流动过程的影响,并通过激波、音速环以及轴向最大马赫数、轴线最大平均速度等现象来分析不同气动总压力下不同拉瓦尔喷管结构参数的超音速流动规律;搭建雾化特性实验平台,对最佳的喷管形状在不同的压力下进行降尘效率的计算,对比分析不同时刻和不同压力下降尘效率的变化规律。研究结果表明:凹形喷管在不同压力下的降尘稳定性最强,是制作雾化降尘喷头的最好选择。凹形喷管在不同压力下3种时刻的瞬时降尘效率都随着时间增加而逐渐升高,雾化降尘效果良好,当喷雾时间为3 min且气动压力为0.5 MPa时,凹形喷管的降尘效率为85.13%,降尘效率最高,降尘效果最好。研究结果可为治理煤矿井下采煤过程中的粉尘问题提供理论支持和治理手段。

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。

喷雾降尘对旋式轴流风机结构参数设计优化

随着中国城市化和工业化的快速发展,粉尘污染问题日益突出。通过对喷雾降尘对旋式轴流风机的结构参数即一级叶轮叶片数、二级叶轮叶片数和导流叶个数进行单因素实验,将风机射程、流量及全压效率等作为评价指标,获得优化方案并仿真验证。研究表明:通过单因素分析,确定各结构参数的优选数值分别为一级叶轮叶片数为9,11,13,二级叶轮叶片数为8,10,12,导流叶个数为4,5,6;通过单因素实验及优化选定,确定优化方案为一二级叶轮叶片数分别为13,12,导流叶个数为6,优化方案较初始模型在射程提高了5.90%,流量提高了69.64%,全压效率提高到70.88%。

带式输送机装载降尘装置设计及试验

为解决带式输送机装载点粉尘浓度过高影响工作人员身心健康和设备正常工作的问题,在对喷雾降尘原理分析的基础上,初步完成了喷嘴结构尺寸的设计,并通过构建雾化效果评估试验对喷嘴的厚度和旋流室锥角进行优化设计;对所设计喷嘴结构在现场的降尘效果进行试验评估,得出在距离装载点4m位置的降尘效果,满足国家标准要求。

西北某重工业区降尘重金属污染特征及源解析

为探究西北地区某重工业区典型气象下大气降尘重金属的污染特征及污染来源,作者采集研究区域内18个点位共54份有效降尘样品,分析了样品中重金属含量特征及空间分布特征,采用富集因子法和潜在生态风险指数法对研究区内重金属污染特征进行评估,并结合相关性分析和正定矩阵因子分析模型(PMF)解析了重金属污染来源。结果表明,采样期间研究区域内大气降尘中重金属Cd、Cr、Co、As、Mn、Ni、Cu、Pb、Zn的平均含量分别为118.05、931.69、20.53、905.29、1478.96、784.27、1012.10、3162.23和5751.61 mg/kg,均高于甘肃省土壤背景值;此外,空间污染特征上表现为工业区>城郊区>居民区的趋势,污染程度特征上表现为各功能区中从Cd、As、Pb、Ni、Cu和Zn的污染富集程度高,As、Cd和Co的潜在生态风险较大;重金属来源解析结果表明,大气降尘中重金属主要来源于土壤扬尘源(37.7%)、冶金工业源(31.2%)、工业加工混合源(13.5%)、交通源(10.1%)和燃煤源(7.6%)。

煤矿综采面降尘装置的设计及对比应用研究

为降低采煤机周围的粉尘浓度,提高综采面粉尘治理效果,通过分析降尘机理,优化设计一种高速水射流负压降尘除尘装置,现场安装该装置后,在采煤机采煤中,采煤机周围的全尘土、吸尘降尘率在60%~80%间,且对采煤机滚筒处的扬尘有很大的抑制效果,明显降低滚筒前方的粉尘浓度,隔离刮板输送机和采煤机摇臂间的粉尘向人行道扩散,降低综采面粉尘浓度。

煤矿井下自动喷雾降尘技术现状与展望

目前喷雾降尘是煤矿井下最常用的降尘方式之一,因其成本低、系统简单等特点,被广泛应用于采掘工作面、运输巷、回风巷等不同地点。根据不同场景的功能需求,喷雾降尘主要有尘源跟踪喷雾、液压支架喷雾、巷道喷雾等多种类型的喷雾装置,并且都朝着便捷化智能化的方向发展。目前喷雾装置在现场应用过程中,还存在检测技术受限、安装维护不便、供电通信不稳等不足。

综放工作面粉尘分布分析及降尘技术研究

为解决8302综放工作面粉尘浓度高问题,通过现场监测各工序处粉尘浓度,得到进回风巷及回采空间粉尘分布特点及规律,提出采用分源治理工作面粉尘,分别在进回风巷及回采空间布置自动喷雾降尘装置对风流中粉尘进行净化。粉尘治理后采煤机、降柱移架及放顶煤司机处降尘率均在87%以上,进回风巷粉尘浓度均在22 mg/m^(3)以下,降尘效果明显。

采煤机负压二次降尘系统的改造与应用

该文针对同忻矿综采工作面配置的负压二次降尘系统出现的喷雾泵故障频发、自动控制补水系统不可靠、喷咀堵塞严重等问题进行改造。应用3SP60-15/4.8型高压泵作为负压喷雾降尘水源动力,可解决喷雾泵故障频发问题;通过自动控制补水系统的改造实现高压喷雾泵智能化自动补水;通过降尘器喷咀改造实现喷雾距离扇面达标。三项技术改造的应用解决了采煤机在喷雾系统水源动力、自动化补水、喷雾覆盖面积等方面存在的难题,实现了设备的连续运行,极大地改善了整个工作面的作业环境,避免了粉尘对作业人员的职业健康伤害。

基于正交实验的带式输送机落料降尘装置研究

针对选煤厂带式输送机落料扬尘的问题,通过改造落料口,提出一种带式输送机落料降尘装置,并对其结构参数进行了优化设计。采用数值模拟及四因素五水平正交试验方法研究了粉尘在落料降尘装置中的运移规律,分析了外圆柱直径、排风管直径、内置引风筒插入深度和出风口平均风速对落料扬尘抑制效果的影响;并基于陕西某选煤厂落料扬尘实测粒径分布特征,优化了落料降尘装置的结构尺寸。研究结果表明:实验条件下落料降尘装置的最优结构参数组合为外圆柱直径φ2400 mm,排风管直径与外圆柱直径之比0.4,内置引风筒插入深度600 mm,出风口平均风速为5 m/s。该参数组合下,落料降尘装置的总抑尘率可达73.18%,对PM_(10)的抑尘效率为44.27%,对PM_(2.5)的抑尘效率为43.06%。

回风巷道风雾联合降尘装置喷雾雾化规律和抑制粉尘研究

为有效解决综采工作面产生的高浓度粉尘向回风巷道扩散的问题,研制了一种可移动风雾联合降尘装置。首先通过喷雾实验选出合适的喷嘴并验证数值模拟的有效性,然后通过正交试验的方法,运用FLUENT等软件进行模拟,分析喷雾压力p_(w)、喷嘴孔径D和吸风口吸风量Q对雾场浓度的影响规律。模拟结果显示,p_(w)=8 MPa、D=Ф2.4 mm、Q=1.4 m^(3)/s为最佳参数组合。最后在上湾煤矿12305综采工作面回风巷进行现场实测,得出平均降尘率达到了85%,说明该装置可以有效解决回风巷道粉尘污染问题。