包钢高炉喷吹煤粉利用率的测定

利用透射光偏光显微镜,对包钢高炉重力除尘灰、旋风除尘灰和布袋除尘灰中的碳素种类进行定性和定量分析,以测定高炉喷吹煤粉利用率。测定结果表明,3号高炉喷吹煤粉利用率上下限分别为89.03%和79.46%,4号高炉的喷吹煤粉利用率上下限分别为91.51%和84.14%。认为,3号高炉和4号高炉所使用喷吹煤粉来自同一系列,因此可以通过采取稳定煤粉粒度波动、优化富氧鼓风和提高入炉焦炭强度等措施,来提高喷吹煤粉利用率。

障碍物数量对含尘瓦斯爆炸特性影响的试验和数值模拟研究

为探究含尘瓦斯爆炸条件下不同数量障碍物的激励效应,运用中尺度激波管道和激光纹影系统,对比不同数量障碍物影响下含尘瓦斯爆炸的火焰传播和压力变化,分析爆炸流场结构的变化。通过数值模拟软件Fluent模拟含尘瓦斯爆炸,对试验结论进行补充说明。结果表明,障碍物对爆炸火焰的加速作用在单一瓦斯参与下更加强烈。煤尘的加入使得流场湍流度增大,混合爆炸释放更多能量,激波强度增大,爆炸压力提升。障碍物对火焰的影响仅在其附近有效,障碍物下游最大超压明显提升。随障碍物数量的增加,激波反复振荡、叠加,使得压力升高,湍流度增加,火焰形成射流并加速燃烧。火焰传播速度和最大超压与障碍物数量呈正相关关系。

密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸传播特性

为了探究密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的传播特性,在自主研制的瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸试验系统内,从爆炸压力、火焰以及压力-火焰的耦合关系等方面,研究了不同瓦斯体积分数及煤尘质量浓度下瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力传播特性及火焰传播特性,并利用Fluent数值模拟软件分析了煤尘的卷扬分散特征。结果表明:密闭管道内瓦斯体积分数为10%时的最大爆炸压力整体高于瓦斯体积分数为12%和8%时的最大爆炸压力。当瓦斯体积分数为10%,煤尘质量浓度为250 g/m^(3)时,最大爆炸压力传播规律表现为在瓦斯段先升后降再升,到达煤尘段后持续上升;随着煤尘质量浓度的增加,在瓦斯段则表现为先升后降,在煤尘段依旧持续上升。当瓦斯体积分数为8%和12%时,最大爆炸压力随煤尘质量浓度增加呈上升趋势,而瓦斯体积分数为10%时则呈现下降趋势。密闭管道内火焰锋面到达时间与传播距离呈正相关,瓦斯体积分数为10%时火焰锋面到达各测点的时间短于瓦斯体积分数为12%和8%的传播时间。火焰传播速度随传播距离呈先增大后减小的趋势,当瓦斯体积分数为10%时,火焰传播速度最快。密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力-时间曲线会出现2次峰值。第1次峰值是由瓦斯爆炸的前驱冲击波产生,当火焰传播至煤尘段后,压力同时开始上升,且压力峰值时刻和火焰峰值时刻耦合,达到第2次压力峰值,随着火焰信号的消失,压力逐渐减小直至反应停止。密闭管道内前驱冲击波与反射波使得煤尘卷扬分散,形成“漩涡状”煤尘云,促进煤粉与爆燃波接触。当煤尘质量浓度一定时,体积分数为10%瓦斯的卷扬程度优于体积分数12%和8%瓦斯;当瓦斯体积分数一定时,煤尘卷扬程度随煤尘质量浓度的增加而递减。

生物质改性制备抑尘剂研究进展

扬尘所引起的大气污染问题,对生态环境及人类健康所造成的危害日益突出,抑尘剂由于其高效的抑尘性能受到广泛关注。介绍了抑尘剂的分类、优缺点和应用场景,总结了近年来国内外生物质类抑尘剂的研究进展,分析了不同生物质在制备抑尘剂时的优劣势,并针对目前的不足,在测试标准、制备工艺、改性方法 3个方面做出进一步的研究展望。

我国非煤矿山职业健康防控技术研究现状、挑战及展望

矿业是现代工业的粮食,在国民经济发展中发挥着不可替代的作用,但采矿过程伴随众多职业危害因素,给工人职业健康与安全造成极大影响。采用文献查阅、现场调研、访谈交流等方法,并基于团队已有研究积累,对新中国成立以来我国非煤矿山职业健康防控技术研究现状进行了综述,并分析了当前面临的主要挑战。结果表明:我国非煤矿山职业危害主要涉及粉尘、噪声、高温等7类因素,存在“点多、面广、源强”的显著特点,防治难度大;在7类职业危害因素中,粉尘危害最为突出,且爆破粉尘、强疏水性微细粉尘、井下喷浆粉尘与高寒、低气压、超大规模开采粉尘防治是目前面临的主要挑战。在上述分析的基础上,指出我国非煤矿山职业健康防护技术未来发展方向为健全非煤矿山职业危害监管体系、强化职业危害控制科技创新与实践、推行职业危害防控专业化社会服务、坚持职业危害个性化与综合防治、探索职业危害智能化防治技术,逐步形成以监管落实为驱动、科技创新为抓手、社会服务为目标的科学发展模式,切实提高非煤矿山职业危害因素防治效果,保障工人职业健康与安全。

基于CFD仿真的煤炭港口堆场垛位起尘特性研究

露天堆放的煤堆是煤炭码头堆场粉尘污染的主要来源。现行港口管理中针对各煤堆除尘作业的实施多依赖经验,未能充分考虑煤堆起尘区域的特点,造成抑尘效果不佳或资源浪费。对考虑外界影响因素变化下的煤炭码头露天堆场散逸性粉尘扩散进行定量研究,以中国北方某煤炭出口码头堆场为例,考虑在不同风速、多种风向入射角(0°、45°、90°)下的多组合试验工况,采用计算流体力学(CFD)软件对各煤堆粉尘扩散进行数值模拟,将具体起尘区域可视化,并计算得到煤堆表面的粉尘扩散量。针对性分析不同位置的煤堆起尘特点,可为相应条件下堆场除尘作业提供理论参考。

煤炭码头粉尘无组织排放防治措施对比研究

露天堆场的粉尘无组织排放一直是干散货码头大气污染防治工作的重点和难点。苫盖和湿式除尘是我国专业化煤炭码头露天堆场粉尘无组织排放的两种主流防治措施。文章以北方某煤码头为例,基于露天堆场采用苫盖和湿式除尘措施下的粉尘无组织排放浓度监测数据,对两种主流粉尘防治措施的环保效益进行了对比分析。研究结果显示:采用湿式除尘措施比采用苫盖措施更适用于高周转率的专业化煤炭码头露天堆场的粉尘无组织排放的防治。

无机盐协同表面活性剂对煤尘保湿性影响

为保障煤矿安全生产和工人健康,煤矿井下主要采取的防尘手段是湿式除尘和化学抑尘。通过保水性实验探究无机盐与表面活性剂溶液各自及协同作用下的抑尘保湿性效果。实验结果表明:由于四种表面活性剂的分子结构和性质不同,形成分子层的稳定性和厚度不同,十二烷基苯磺酸钠溶液(SDBS)的保湿性最强,聚乙二醇对异辛基苯基醚溶液(Triton X-100)的保湿性最弱。当表面活性剂SDS与SDBS溶液质量分数分别为0.24%、0.04%,无机盐K_(2)SO_(4)的浓度0.9mol/L,且SDS与SDBS比例为5∶5,SDS+SDBS的混合溶液与K_(2)SO_(4)比例同样为5∶5时,煤尘水分散失最少,复合溶液润湿保湿性能最佳。硫酸钾溶液对复合溶液的疏水端产生析出作用,导致煤尘疏水端的疏水作用增强,更多表面活性剂分子逃逸水相后向液-气界面聚集,从而降低溶液的表面张力。

基于YOLOv8化工企业储煤场火煤和扬尘检测方法研究

化工企业储煤场的火煤和扬尘不仅浪费了煤炭资源,还污染了周围环境,对工作人员的健康构成威胁。为了减少经济损失、改善环境,对火煤和扬尘的监测和预警变得极为关键。传统的储煤场火煤和扬尘的检测存在检测时间长、误检率高等问题。文章在深入研究YOLOv8、SPD-Conv、BottleNeckCSP、EIoU原理的基础上,对YOLOv8模型进行改进。用改进后的YOLOv8网络模型完成火煤和扬尘检测相关实验,与原始的YOLOv8相比,mAP值达到97.3%,比YOLOv8s原始模型提高了3.9%,优于同等情况下YOLO系列,且权重文件的内存为25.4 MB,适用于火煤和扬尘的检测,达到对于低分辨率和小目标更快、更精准的检测,有效避免误检、漏检等问题,确保检测的准确性和可靠性。

重载列车车速对隧道入口段扬尘特征的影响模拟

为掌握重载列车车速对隧道入口段风流运移及扬尘特征的影响,为铁路隧道抑尘提供技术支持,以梁家山隧道为研究对象,模拟分析了重载列车以不同车速进入隧道时入口段压力场、风流场的演变规律,探究了隧道入口段煤尘颗粒运移轨迹及其浓度分布规律。结果表明:重载列车驶入隧道过程中,车速越大,列车运行前方正压场及车身周边的负压场越强,隧道入口段产生的涡流区及风速越大;重载列车完全驶入隧道后,空间内的煤尘颗粒以内旋和外旋两种运移方式呈高速无序地扩散,同一尾流区断面上,列车不同位置处监测点的煤尘浓度和最大煤尘浓度对应的时间分布有差异。该研究成果有助于理解重载列车运行速度对隧道入口段风流运移及扬尘特征的影响,对梁家山隧道入口段的煤尘防治有指导意义。

新型矿用EMI降尘剂对煤尘的润湿特性研究

随着矿井机械化开采程度的提高,煤尘产生量也随之增大。针对煤矿井下作业环境中的粉尘污染日益严重的问题,通过测定含不同质量分数绿色高效生物降尘剂(EMI)溶液的表面张力,并以不同粒径煤尘与EMI溶液的接触角、煤尘润湿速度、煤尘吸湿量及保水性为指标,研究了不同质量分数的EMI溶液对不同粒径煤尘的润湿效果。实验结果表明:随着溶液中EMI降尘剂的质量分数增大,煤尘的接触角逐渐减小,煤尘完全沉降所需时间逐渐下降,吸湿量逐渐增大,保水性逐渐增强,且失水后煤样的板结性较大。通过分析得出EMI润湿煤尘的作用机理:降低水的表面张力;增加溶液润湿性;减少水分流失;提高溶液的抗蒸发性。

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。

基于糖苷-阴非离子表面活性剂协同效应的抑尘泡沫特性研究

为改善抑尘泡沫综合性能,减小矿尘危害,通过润湿性、起泡性、抗硬水性实验探究糖苷-阴非离子表面活性剂复合体系的协同效应。测试所选9种表面活性剂泡沫、润湿性能,研究不同配比对复配体系泡沫性能的影响,并对其在高硬水条件下的泡沫综合性能进行评价。研究结果表明:去离子水条件下,月桂醇聚醚硫酸酯铵(B)、烷基糖苷(I)单体溶液具有较强的泡沫、润湿性能;当水质硬度为1000 mg/L时,B,I单体溶液的起泡时间仅降低了8.7%,7.3%,泡沫排液半衰期也仅缩短了22.0%和51.4%,说明B,I单体溶液的抗硬水性能较佳。高硬水条件下,8∶2的B-I复配体系的协同润湿、起泡效应最为明显,泡沫综合指数达到峰值,相比B,I单体溶液分别提高72.8%,77.8%。研究结果可为高效泡沫降尘剂的开发提供参考。

生物油基环保型煤尘抑尘剂的制备及性能研究

以木屑热解油为原料,在过硫酸铵(APS)存在下,将预处理的生物油与丙烯酸(AA)和壳聚糖(CTS)聚合,制备出一种生物油基环保新型煤尘抑制剂(Hbio-CTS)。结果表明,在70℃,CTS和AA的质量分别为0.65 g和3.00 g,APS/CTS为5%时,可获得Hbio-CTS的最大黏度,为5.4 mPa·s。Hbio-CTS的FTIR和TG均证实,AA和CTS已成功接枝在生物油组分的结构上。Hbio-CTS在煤粉上形成的固化层受风雨影响很小。其中,在17 m/s(Ⅶ级)风速下,煤粉的最大质量损失为6.99%。经过8个循环(56 d)后,Hbio-CTS的降解率为57%。

胜利矿区煤炭粉尘污染时空变化特征

露天煤矿开采产生的煤炭粉尘对矿区及周边大气、植被、土壤和居住环境造成影响,但煤炭粉尘污染程度、污染范围量化及其长时序趋势变化等相关研究滞后。提出了煤炭粉尘最大影响范围和持续影响范围概念,基于Google Earth Engine平台和2006—2021年Landsat TM/ETM^(+)/OLI影像,反演增强型煤炭粉尘指数(Enhanced Coal Dust Index,ECDI)和煤炭粉尘污染程度,综合运用线性回归和叠置分析方法,揭示了胜利矿区开采过程中煤炭粉尘的时序变化及空间差异特征。结果表明:①煤炭粉尘污染年际变化可分为严重期(2006—2009年)、改善期(2010—2013年)和稳定期(2014—2021年),与开采生命周期基本一致,且随开采时间的推进呈现先强后减弱的变化趋势;②2019—2021年春季和夏季煤炭粉尘污染程度普遍偏高,季相变化在相对无污染区、轻度污染区和中度污染区相对明显;③煤炭粉尘持续影响范围的总体识别精度为92.67%(kappa系数为0.85),随着原煤产量的递增,常年持续和最大影响范围不断缩小,下降幅度分别为43%和80%,年内持续影响范围空间分布保持基本稳定,年内最大影响范围下降;④2006—2021年相对无污染区面积净增191.69 km^(2)(62.70%),严重污染区面积净减4.59 km^(2)(19.74%),煤炭粉尘污染程度呈下降、上升趋势的面积分别占矿区面积的52.11%和4.07%。2021年相对无污染区和轻度污染区面积达矿区总面积的91.91%(约601.13 km^(2))。

表面活性剂对无烟煤润湿性的影响实验研究

煤的润湿性对煤层注水及防尘有重要意义。为研究表面活性剂对煤尘表面润湿性的影响机理,以贵州矿区无烟煤为研究对象开展煤尘沉降实验,优选润湿实验煤样效果最佳的表面活性剂溶液,借助红外光谱实验及Zeta电位测定实验,探索表面活性剂作用下煤表面润湿性的变化规律。研究结果表明:实验所用4种表面活性剂均能大幅度提高煤尘润湿性;其中,质量分数为1%的APG润湿煤尘的效果最佳;改性后,实验煤样亲水基团和疏水基团均增加,但亲水基团增量明显大于疏水基团,说明表面活性剂改性对亲水基团的影响更显著,有利于提高煤尘表面的亲水性;改性后,实验煤样表面负电性增强约7.68倍,引起双电层中剪切面滑向液面,同时强化含氧官能团与水分子之间的偶极作用力,导致水化层增厚,煤样表面润湿性得以改善。

煤矿运输复合降尘剂的制备与降尘性能研究

为了降低煤炭资源运输过程中粉尘的污染程度,以烷基糖苷、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和助剂A为主要原料,制备了一种适合煤矿运输用的新型复合降尘剂JCS-1,以除尘效率为评价指标对其制备条件进行了优化,并考察了不同质量分数复合降尘剂JCS-1的表面活性、润湿性能和降尘性能。实验结果表明:在反应温度为85℃、反应时间为5 h、助剂A的质量分数为5%的条件下制备的复合降尘剂JCS-1的除尘效率最高;随着复合降尘剂JCS-1质量分数的不断增大,溶液表面张力和其在煤薄片表面的接触角均呈现出逐渐降低的趋势,而除尘效率则呈现出先增大后减小的趋势;当复合降尘剂JCS-1的质量分数为0.05%时,除尘效率可以达到最大(96.6%),降尘效果较好,能够满足煤矿运输过程中降尘作业的需求。

阴离子表面活性剂SDBS强化喷雾降尘试验研究

为有效治理煤尘对生产环境的污染,以润湿性差的焦煤为试验材料,研究阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate, SDBS)对粉尘润湿性及喷雾降尘的影响。通过研究不同质量分数的SDBS溶液表面张力、接触角、反渗透、喷嘴雾滴粒径及降尘效率,展开SDBS强化喷雾降尘试验研究。基于自行设计的喷雾降尘试验平台,采用常用的X形旋流压力喷嘴展开喷雾降尘试验研究。研究结果显示:溶液SDBS质量分数由0逐渐增加至0.005 00%时,溶液表面张力逐渐减小至28.8 mN/m,此后继续增大SDBS质量分数,表面张力减小幅度小于1 mN/m;溶液SDBS质量分数由0逐渐增加至0.500 00%,接触角由75.44°下降至16.71°且呈不断减小的变化规律;煤尘反渗透吸湿量随SDBS质量分数增加呈不断增大的趋势,质量分数为0.500 00%时煤尘吸湿量的增幅最大;随着SDBS质量分数逐渐增加,喷嘴雾滴粒径先减小后增大,降尘效率先增加后降低,且极值点质量分数均为0.005 00%。SDBS最佳喷雾降尘质量分数为0.005 00%。研究结果可为喷雾降尘现场配制SDBS溶液提供理论依据。

基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪的研制

煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐,直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此,自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响,并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状,制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管,其频率温度系数为3×10^(-5)Hz/℃,受温度影响极小,保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器,设计了数字化自激振荡闭环控制电路,实现了谐振频率的自动控制以及实时输出,传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz,质量检测限约为2μg。最终,通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件,研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪,粉尘平均质量浓度检测限为0.035 mg/m^(3)。该仪器能够连续提供监测信息,包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用,与传统滤膜采样称重法同步对比,2者相对误差仅为5%,表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量,有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

输煤系统湿式电除尘器阴极线放电特性数值模拟

输煤环境中漂浮着大量微细粉尘,湿式电除尘器是去除10μm以下颗粒物的重要手段。本文建立了描述电除尘器放电(电势、电荷密度、电场强度等)、流场、粉尘运动的数学模型,数值模拟结果与Penney等人实验结果一致性较好。针对长×宽=650 mm×150 mm、3根阴极线直径为5 mm的放电系统进行了流场、放电及粉尘运动的数值模拟分析,通过所建立的数学模型,获得了较好分布的电势、电荷密度和电场强度,能够有效指导电除尘器的设计优化以提高除尘效率。