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。

碳钢和铝合金焊接烟尘环境危害特性对比研究

为研究碳钢和铝合金2种材料焊接烟尘的扩散规律和对人的危害特性,选取典型的碳钢和铝合金焊接烟尘,利用实验研究和数值模拟的方法,对2种烟尘的粒径分布、分散度、压缩度、微观形貌等特性和扩散规律进行对比分析,研究其危害特性和扩散规律的差异。研究结果表明:碳钢烟尘颗粒中PM 2.5和PM 10的占比均高于铝合金焊接烟尘,碳钢烟尘颗粒在空气中更不易沉降,扩散速率快、车间内积聚浓度高,对人体的危害性更大。研究结果可为电焊烟尘的有效收集控制提供理论支撑。

制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证粉尘质量浓度的理论计算值、数值模拟结果与实测数据,得到不同工况下制曲车间粉尘质量分布及运移时空演变特征。研究结果表明:发酵仓内尘源位于不同位置时,粉尘主要集中于作业面附近,其中,仓内近窗作业与中部作业相比较,前者造成发酵仓粉尘高质量浓度区域更广,全尘峰值质量浓度在200 mg/m 3附近上下波动;与走道相对位置不同的发酵仓进行近窗作业时,走道粉尘主要集中于作业仓附近,多个发酵仓同时作业与单仓作业相比,多尘源会对走道粉尘分布产生叠加效应,其中,相邻仓作业时走道粉尘污染最严重,全尘质量浓度高达75 mg/m 3以上;单仓、相邻仓、相对仓作业工况下,分别在作业时长为525、470、498 s前后,粉尘已扩散至整个走道。

卸矿站粉尘浓度影响因素的数值模拟研究

为了掌握卸矿站卸矿时卸矿量、巷道风速、矿石粒径和壁面条件对巷道内粉尘浓度的影响,以国内某矿山2号卸矿站为研究对象,运用ANSYS软件对该卸矿站建模、模拟,研究巷道粉尘浓度与卸矿量、巷道风速、矿石粒径和壁面条件之间的关系。研究表明,数值模拟结果与实测结果基本吻合;下风向巷道粉尘浓度大小与卸矿量成正比例关系,与风速、矿石粒径成反比例关系;满足生产条件的情况下,卸矿量5 000 kg/s、巷道风速1.5 m/s时,尽可能增大矿石粒径、定期清扫巷道壁面,可有效降低巷道粉尘浓度。

打磨作业场所多尘源耦合扩散规律研究

为了改善移动打磨作业场所粉尘浓度超标的现状,以中车长客打磨车间为研究背景,利用高斯扩散模型,建立非稳态单尘源粉尘扩散模型,采用线性回归方法,研究多尘源耦合扩散规律;根据实验测定的不同高度单点和多点打磨的粉尘浓度,结合气溶胶粒子的运动方程和梯度下降法,求解出粒子扩散系数和多尘源耦合系数.将得到的粉尘扩散模型与对照实验进行验证,结果表明,多点打磨在两个打磨点中间向前一定距离处会出现聚集点,且不同高度聚集点位置不同;多点打磨空间粉尘浓度是单点打磨的2~3倍,且最大值高达45.73 mg/m3,远高于国家卫生标准;多尘源打磨作业粉尘扩散模型平均误差为14.67%,具有一定可靠性,可用于后续对打磨车间粉尘防护技术和空间优化布置的研究.

煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响

煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。

振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性研究

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布及质量浓度分布的影响,分析振弦栅直径及间距对雾滴拦截效果、风速对双层振弦栅水膜作用特征。结果表明:随着雾化压力增大,雾滴粒径逐渐变小且分布集中化,雾化压力超过8 MPa后雾滴粒径分布变化不明显;不同间距的振弦栅均对流场有截流作用并伴有严重回流现象,而间距为5 mm的振弦栅对粒径较小的雾滴拦截效果更好;当进口风速为3 m/s时振弦栅表面形成水膜效果最佳,更利于粉尘捕集;模拟数据与试验结果变化趋势基本一致。

基于CNKI文献计量学的矿山粉尘研究可视化知识图谱分析

为探明矿山粉尘的研究脉络与热点变化,以CNKI收录的2001—2021年的1 863篇文献为样本,利用Citespace与VOSviewer可视化知识图谱技术,对我国近20年矿山粉尘研究的时空分布特征、热点主题与前沿趋势进行了分析。研究表明:矿山粉尘研究分为波动增长期(2001—2007年)、快速上升期(2008—2015年)及缓慢过渡期(2016—2021年)3个阶段;载文期刊所属学科主要集中在矿业工程、安全科学与工程领域;研究领域已经初步形成了较为稳定的核心作者群与机构;研究主题包含了矿山粉尘的产生、运移、防治及致灾后果的全过程。未来矿山粉尘研究应关注复杂艰险环境下的地下矿山与深凹露天矿,加强研究机构跨学科的合作交互,促使矿山粉尘研究与自动化、信息化、智能化等技术的融合与应用。

组合式通风打磨台风量对粉尘控制效果的影响

打磨作业过程中,利用组合式通风打磨台进行通风除尘已得到广泛应用,但大多根据经验设置通风参数。以数值模拟为研究手段,采用CFD-DPM风流-粉尘耦合数值模拟方法,研究粉尘最大浓度和呼吸带粉尘浓度与风量分配和总排风量的关系,对组合式通风打磨台进行通风除尘系统参数优化,为金属打磨粉尘治理提供依据。研究结果表明:当组合式通风打磨台总排风量为1 850 m3·h-1、台面与壁面的配风比K=1. 67时,粉尘质量浓度较低,防尘效果最好。

打磨作业过程金属粉尘扩散特性及集尘罩除尘效果

为改善切削打磨场所粉尘质量浓度较高的问题,首先,以轨道列车厢体打磨车间为研究对象,对打磨过程产生的粉尘粒径分布、形貌特征和空间质量浓度进行测试;其次,采用SolidWorks和ANSYS建立打磨作业粉尘扩散模型;最后,对不同条件下的流场和颗粒运动轨迹进行模拟,分析角磨机集尘罩集尘效果。研究结果表明:粉尘在空间的扩散满足多元高斯分布,在打磨点附近粉尘质量浓度最高,两侧底角质量浓度较低;长时间作业空间粉尘平均质量浓度约为10 mg/m^(3),打磨点位置粉尘质量浓度最高达20.9 mg/m^(3),远高于规定值;颗粒粒径分布符合罗辛-拉姆勒分布,在0.1~656.0μm之间,特征指数为2.06,以条状、球状和块状颗粒为主;砂轮高速旋转时会在周围形成旋转诱导气流场,其近壁面速度与砂轮旋转线速度一致;在砂轮旋转诱导气流和切削初动能的作用下,不同粒径颗粒会以不同的角度向右前方扩散;粒径越小,受旋转气流场的影响越大,倾斜角度也越大;随着砂轮转速增加,粉尘扩散范围变大,方向性更加明显,粉尘聚集区由砂轮左侧顺时针偏移到砂轮右前方;安装集尘罩后,除打磨点位置,空间整体粉尘质量浓度下降了2~3个数量级;吸入集尘罩的粉尘质量流率能达到2~4 mg/s,占总产尘量的36%~57%;吸入的颗粒粒径以0~200μm为主,占95%以上。随着集尘罩风量增加,粉尘质量流率会进一步上升,同时吸入颗粒中大颗粒比例也增加。

低压注水对煤体孔隙特征及渗透率的影响

煤体的孔隙特征及渗透率是影响注水减尘防突效果的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对煤体渗透率的影响。选取首山矿己15-12061工作面进行低压煤层注水现场实验,采用氮吸附法和压汞法分析各煤样微观及宏观孔隙特征,通过渗透率实验测得各煤样渗透参数。研究结果表明:煤的孔隙构成复杂,随着孔径增大,累计孔体积呈线性增大,累计孔面积呈对数型增大;压裂及延展微小裂隙效应使得低压注水能够增大煤体各孔径段孔隙量,但增幅不同;注水压力与各孔径段孔体积、比表面积呈正相关关系,各孔径段孔隙与渗透率呈线性正相关关系;注水对宏观孔隙影响更强烈,宏观孔隙对渗透率贡献相对较大。注水后的煤体孔隙系统连通性更好,渗透性能更强。

冲压车间打磨区粉尘分布规律数值模拟与实测

为了预防打磨作业粉尘浓度超标而引起的职业危害和粉尘爆炸事故,依据气固两相流理论,建立打磨粉尘在抛射、扩散及沉降过程中的运动模型;以某公司冲压车间打磨区为例,运用Fluent软件进行粉尘浓度分布数值模拟,并与现场实测数据对比分析。研究结果表明:模拟结果与实测数据基本吻合;打磨区内风流紊乱,存在涡流区和无风区,不利于净化除尘;打磨台上方呼吸带高度粉尘浓度较高,最高达到9.12 mg/m^3,应采取个体防尘措施;在2打磨台之间的走廊通道区域,粉尘浓度急剧下降,最低达到5.32 mg/m^3;根据模拟结果中粉尘云出现的频繁程度和持续时间,将打磨作业区划分为20区,备料区划分为21区。

基于小波分析与GM(1,1)-ARMA(p,q)组合的矿井防尘用水量预测

为了提高矿井防尘用水量预测的精确度,提出了基于小波分析理论与灰色预测模型(GM(1,1))、自回归滑动平均模型(ARMA(p,q))组合的预测模型。运用小波分析将用水量时间序列做不同尺度分解,并将低频信号和高频信号采用GM(1,1)和ARMA(p,q)进行预测,最终经小波重构得到预测结果。以林南仓矿为研究背景,使用该组合模型预测2014年各月份的用水量,通过与实际数据对比,残差检验相对误差不超过2.5%。结果表明:矿井防尘用水量在总体上逐年缓慢增加,每年内呈周期性的变化;基于小波分析与GM(1,1)-ARMA(p,q)组合的预测模型具有较高的预测精度。

岩巷综掘面混合式通风除尘数值模拟研究

本文结合气固两相流动理论,建立综掘工作面粉尘运移的数学模型,采用流体力学软件,对不同通风条件下综掘面的粉尘浓度分布进行数值模拟。研究发现:在只有压入式通风时,工作面附近流场稳定性差,粉尘随风流扩散不易沉降,在距工作面30 m范围内粉尘浓度较大;采用混合式通风除尘方式后,粉尘在未完全扩散前被抽走,只有小部分向巷道扩散,具有较高的除尘效果,并确定了风量压抽比为2∶3的“以抽为主,前压后抽”混合式通风除尘效果较好。

硬质路面汽车扬尘数值模拟研究

为更有针对性的提出硬质路面粉尘的控制措施,揭示汽车扬尘的规律。通过分析硬质路面汽车扬尘的本质,建立粉尘运动的数学模型和几何模型,采用欧拉-拉格朗日数值模拟方法(DPM),对汽车运动过程中的诱导气流和粉尘进行了数值计算。计算结果表明:汽车行驶过程中,车身后方产生个负压区,周围空气被猛烈卷吸,形成一个较大范围的诱导气流,当车速达到60km/h时,诱导风速达到8m/s以上。在车尾附近,粉尘浓度随风速的增大而增加,而达到一定距离后,粉尘浓度随风速的增大而减小;车速越快,粉尘浓度越高;汽车逆风行驶时产生的粉尘浓度略高于顺风。

长输油气管线动火作业过程的烟囱效应及控制

为分析长输油气管线动火作业过程中气体间的扩散特性,根据氮气置换后管道两端的能量变化得出影响管道烟囱效应的主要因素,以西三线某焊点换管作业为研究背景,采用组分输运模型,分析各因素对基坑内氮气扩散的影响。结果表明:管道内氮气向基坑扩散主要受管道沿程阻力、两端高差和环境风流的影响;且随着时间推移,氮气聚集区主要位于基坑的另一端。沿程阻力和高差主要影响氮气出口速度;沿程阻力系数是管道的一种特性,氮气出口速度会随沿程阻力系数的增大而下降;而动火点与下游阀室之间的落差越大,氮气出流速度越高。环境风流主要影响基坑内氮气的扩散形式,当风流与氮气流动方向相同时,会加快基坑内氮气的排出;但基坑工作区位置氧气质量分数仍低于19.5%,需进行强制通风。当基坑内风机采用“风机+风筒”的安装形式,安装位置与管道出口对齐、距地面0.8 m时,排污效果较好。

抛光打磨车间便携式除尘器本体设计与试验

基于气旋分离和滤筒过滤的除尘原理,采用气旋分离作为一级除尘分离大颗粒粉尘,滤筒过滤作为二级除尘去除细颗粒物,设计并构建了适用于抛光打磨车间的便携式除尘器试验模型,并对其运行性能参数进行测试。结果表明:除尘器处理风量为117~179 m^(3)/h,漏风率和设备阻力随处理风量的增加而升高,漏风率控制在3.52%以内,设备阻力最小为163 Pa,最大为393 Pa;除尘效率随风量的增大而发生轻微降低,该便携式除尘器的最高除尘效率达99.63%。

空气雾化喷嘴雾化机理及影响因素实验分析

为分析空气雾化喷嘴雾化特性,采用一次雾化和二次多级雾化理论得出影响喷嘴雾化性能的主要因素,设计喷嘴雾化实验分析各因素对喷嘴雾化性能的影响。研究结果表明:空气雾化喷嘴的雾化特性受喷嘴的水流量、气流量、气压和水压影响;水流量随着水压的增大而增大,随着气压增大而减小,气流量随着气压的增大而增大,随着水压增大而减小,气液流量比(Qg/Ql)与液气压力比(pl/pg)存在幂函数关系,指数为?1.09;随着喷射距离的增大,一次雾化向二次雾化转变直至雾化结束,对应的雾滴粒径由大变小再变大,随水压的增大,雾滴粒径呈现出“增大—减小”的变化规律,随气压的增大而减小,最佳的液气压力比为0.8~1.0,对应的最佳气液流量比为115~146;雾滴粒径D50与pl/pg存在三次函数关系,由函数关系可知喷嘴雾化后的雾滴粒径理论上的最小值为18.23 μm,验证了喷嘴雾化最小粒径的存在,但在实际应用中该最小粒径无法实现。

金属矿山气-水喷头雾化特性及降尘能力实验研究

为分析金属矿山多中段高溜井喷头雾化特性及其降尘效果,建立高溜井喷雾降尘实验平台。采用激光粒径分析仪及喷雾实验设备对新型气−水喷头雾化特性、冲击气流对喷雾捕尘能力影响规律进行研究分析。研究结果表明:气、水流量比是影响新型气−水喷头雾化效果的关键因素;当喷头工作时气、水流量比为100~150时,雾化效果最佳,最佳气压和水压区间分别为[0.4,0.6]MPa和[0.3,0.5]MPa,雾滴粒径分布在15~35μm范围内;在最佳气压和水压区间内,雾化角度随气压的增加而增大,随水压先增大后减小,最大雾化角度为40°,调整气压是优化雾化角度的主要手段;溜井卸矿冲击气流对喷雾雾滴粒径影响较大,喷雾捕尘能力与冲击气流速度呈负相关。

气水喷雾除尘效果实验研究

在矿山生产中会产生大量的粉尘,严重污染了工作面的环境,对工作面工人的身体健康造成了极大的威胁。在大部分的金属矿山中,落矿点和转载点是主要的粉尘产生源,而气水喷雾对于治理落矿点与转载点的粉尘有着十分有效的效果。实验以紫金山铜矿为背景,对气水喷雾的喷头型号以及口径进行了优化实验研究,得出了口径为1.5 mm可调广角的喷头雾化效果最好,气雾的平均粒径基本上在15~30μm之间,能够有效地扑集工作面空间飞扬的粉尘。1.5 mm口径的可调广角喷嘴在气雾的雾化角为47.5°时最佳除尘距离为270 cm,非常适合矿山井下的除尘系统。为验证1.5 mm口径的可调广角喷嘴的除尘效果,选择在紫金山铜矿进行现场实验,验证了该喷头的除尘效果,除尘效率在90%以上,能够极大地改善矿山工人的工作环境,使得工人的身体健康得到保障。