矿井新型增润促凝喷雾降尘剂的研制与抑尘性能研究

针对综采工作面粉尘污染严重、喷雾水对煤尘润湿捕集效果差以及传统喷雾降尘剂溶液粘稠不易雾化导致降尘效果不理想等问题,为提升综采工作面喷雾除尘效率,降低作业区域粉尘浓度,在低温条件下通过将聚多巴胺引入丙烯酰胺聚合反应体系控制其聚合程度,生成能高效雾化的降尘剂分子PDA-PAM,并用红外光谱技术研究了其官能团结构。将产物与表面活性剂、吸湿性无机盐复配,以溶液对煤样的接触角、煤尘在溶液中的沉降速度作为评价指标设计正交试验,最终确定了降尘剂溶液配方0.8%(质量分数,下同)PDA-PAM(聚多巴胺-聚丙烯酰胺)+0.05%十二烷基二甲基苄基氯化铵+0.05%NaCl。基于计算流体力学(CFD)数值模拟技术对白芦煤矿4307综采工作面1.3 m/s风流扰动下,喷雾降尘剂溶液在1—8 MPa的雾化情况进行模拟,揭示了喷雾降尘剂对喷雾雾化特性的影响规律。数值模拟结果显示,雾滴平均粒径与喷雾压力间均存在幂函数关系;相较于清水喷雾,添加所复配的喷雾降尘剂后产生的雾场雾滴平均粒径更小,分布更加均匀;在喷雾压力为8 MPa时,喷雾降尘剂溶液产生的雾场雾滴粒径在20~100μm这一最佳粒径区间的比例达90.31%。通过增润促凝实验验证,研制的喷雾降尘剂溶液能够使煤尘迅速润湿并凝结成壳,达到增润和促凝的双重控尘效果。将降尘剂在现场进行应用,实测工作面各测点平均总尘和呼尘浓度分别降至72 mg/m^(3)和44 mg/m^(3),平均总尘降尘率达到84.2%,平均呼尘降尘率达到82.7%。研制的喷雾降尘剂溶液能高效雾化产生较为理想的雾滴粒径,且对煤尘有较强的凝并包裹作用,能高效降低工作现场的粉尘污染,保障工人的职业健康和安全。

基于数值模拟的综采工作面新型机载风幕控尘技术研究

目前综采工作面机械化程度达到90%以上,产量的提高所带来的煤尘污染也随之加重,采煤机司机工作区域受污染尤为严重。因此,提出一种新型机载风幕控尘技术。通过数值模拟研究了应用风幕控尘技术前后的风流场和粉尘污染扩散变化情况。结果表明,应用风幕控尘技术后可在采煤机司机工作区域形成2条高速风幕,与人行道之间形成全断面清洁风室,实现了对滚筒截煤产尘的有效阻隔。现场实测表明,应用后采煤机司机工作区域的平均粉尘浓度为82.23 mg/m3,控尘效率可达83%。可为综采工作面粉尘防治工作提供参考,具有较高的推广价值。

轴向压及径向旋流风幕的形成与隔尘仿真

为了提高掘进面的风幕隔尘效果并降低粉尘体积质量,设计轴向压风幕及径向旋流风幕形成与隔尘仿真实验,确定2种风幕的形成规律与隔尘规律.1)形成规律:压风量越大,越不利于2种风幕的形成,但对轴向压风幕的影响更大;压抽比越大,越利于形成轴向压风幕,对径向旋流风幕的影响相反.2)隔尘规律:压风量越大,2种风幕的隔尘效果越优;当压风量增至300m3/min后,轴向压风幕消失,该条件下,压风量越大,迎头粉尘向外运移能力越强;压抽比越小,2种风幕的隔尘效果越优,且径向旋流风幕的效果提高更大;当压抽比为0.75时,2种风幕的隔尘效果均已接近最优值.径向旋流风幕的形成受通风条件影响较小,隔尘效果也更优,更适用于掘进面现场隔尘.

风流影响雾滴与尘粒耦合沉降的实验研究

为了确定风流影响雾滴与尘粒耦合沉降的规律,分析了雾滴与尘粒耦合沉降机理,并自主设计实验装置进行了风流影响雾滴与尘粒耦合沉降实验。由实验结果可知:随着风流速度的增大,喷雾场雾滴粒径平均值整体呈增大趋势,喷雾场上风侧的雾滴粒径一般小于下风侧,测点处雾滴的粒径增大值及增大率均不断减小,喷雾场对全尘、呼尘的降尘率分别由风速为0.5m/s时的49.3%和47.5%降至风速为1.5m/s时的42.7%和39.2%。研究结果表明:风流速度越大,越不利于雾滴耦合沉降尘粒、尤其小粒径尘粒。

超大采高综采面风流-粉尘耦合扩散特性研究

针对超大采高综采技术在煤炭高产的同时产生高浓度粉尘污染扩散的问题,应用Fluent软件对上湾煤矿8.8 m超大采高综采面风流-粉尘耦合扩散特性进行模拟,得到了较为准确的粉尘运动规律,对模拟结果分析并在现场进行数据测量比对验证了模拟结果的准确性。结果显示,风速在超大采高综采工作面中呈现增-减-增的规律,并且在采煤机附近发生大幅度的横向风流扰动;粉尘从滚筒产生后更易在机道侧扩散,靠近底板处粉尘浓度高,在采煤机下风侧100 m内形成了浓度大于1 000 mg/m^(3)高浓度粉尘带。粉尘在各个高度空间内的分布相对均匀,但也呈现出了随高度的增加而减小的趋势。最终结合粉尘污染规律提出了滚筒喷雾与液压支架喷雾联合降尘及化学抑尘剂湿润底板等措施。

基于数值模拟的喷雾装置粉尘抑制研究

为有效解决矿井综采工作面高浓度煤尘污染问题,以机械风助式负压增吸含尘风流原理为基础,并结合喷雾降尘研究了一种新型风助式喷雾装置。基于上湾煤矿22104综采工作面实际情况,使用风助式喷雾装置进行数值模拟,结果显示:在喷雾压力6 MPa、出风量90 L/min时,所形成雾场效果较好,其降尘效率随风量及喷雾压力增大而上升。最后在上湾煤矿22104综采工作面现场应用风助式喷雾装置,分别对开启喷雾装置前后测点处进行粉尘浓度监测,采煤机司机处全尘、呼吸性粉尘浓度下降至104.2 mg/m^(3)、68.3 mg/m^(3),降尘效率达到了88.31%、83.45%,有效抑制了工作面高浓度煤尘污染。

风流扰动支架架间高压喷雾降尘雾滴粒度实验

为确定风流扰动综采工作面液压支架架间高压喷雾降尘雾滴粒度变化规律,选用3种喷嘴,基于自主设计的高压喷雾雾滴粒度测量系统进行了模拟实验,并进行了风流扰动架间高压喷雾雾滴降尘应用试验.结果表明:速度为1.2m/s的风流扰动后,雾滴场的雾滴粒径平均值有所增大,迎风侧雾滴粒径小于背风侧;随着喷嘴迎风安设角度α增大,雾滴场的整体雾滴粒度先减小后增大,α=10°时最小,3种喷嘴中喷嘴Ⅰ在8MPa喷雾压力时的雾滴粒度最小;风流扰动后,随着α增大,各测点粉尘质量浓度、全尘与呼尘降尘率平均值的差值均先减小后增大,降尘率平均值反之,α=10°时降尘效果最佳,全尘、呼尘的降尘率平均值分别为80.11%,78.04%,结合实验结果,确定最优α为10°.

喷雾压力影响采煤机外喷雾喷嘴雾化特性变化规律

基于喷嘴雾化特性测定实验装置,对4种应用效果较优的实心圆锥形雾场喷嘴在2~8MPa喷雾压力时的宏观及细观雾化特性进行了测定.结果表明:随着喷雾压力增大,喷嘴的宏观雾化特性雾化角不断减小、射程不断增大,细观雾化特性雾滴粒径不断减小,在雾场中,雾滴粒径随距喷嘴轴向距离的增大而增大,随距横截面中心距离的减小而增大.结合现场及实验结果,优选了适于中短距离、大面积降尘且雾滴粒径较小的喷嘴Ⅲ为采煤机外喷雾喷嘴,并进行了现场试验.结果表明:随着喷雾压力增大,各测点的粉尘浓度、全尘与呼尘降尘率差值均不断减小,降尘率不断增大,喷雾压力为8MPa时雾化降尘效果最优,全尘、呼尘降尘率平均值分别为81.82%,79.96%.