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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

煤层注射成胶型抑尘剂影响因素及抑尘效果研究

为解决煤层注水降抑尘技术中水分易流失,开采时注水抑尘效果较差等问题,提出一种既能增加煤层保水率又能改善煤层脆性的抑尘方法:研制出以海藻酸钠(SA)为基质的成胶型抑尘剂,并开展比表面积试验、氮气吸附试验、扫描电镜试验和产尘率试验,研究表面活性剂、黏度及注射压力对成胶型抑尘剂的影响。结果表明:表面活性剂有利于煤层润湿,但对抑尘效果影响较小;抑尘剂黏度增大有利于保水,可使保水时间由10 h提升至30 h,但会导致材料难以进入煤层内部;注射压力对于抑尘剂的抑尘效果具有较大影响,当煤层注射压力较小时,抑尘剂难以快速渗入煤的内部孔隙中,随着压力的增大,抑尘剂逐渐渗入煤孔隙中。当注射压力升至3 MPa后,抑尘效果不再随压力的增加而增加,产尘率由4%降低至2.3%,相对降幅达50%,有效降低了产尘。

固化封尘剂智能加药在线监测系统的设计

传统的封尘剂管理和监测方法存在诸多局限性和问题,开发了一种固化封尘剂智能加药在线监测系统,介绍了该系统的设计、搭建、测试及结果。测试结果表明,该系统可以有效地监测固化封尘剂的加药量,并能根据生产需求自动调整药剂投放量,提高煤场物料密度和装载效率,减少煤炭流失,保护周边环境。

基于科氏质量流量计的微米级煤尘和岩尘颗粒分类方法

【目的】岩尘的粒径比煤尘的小得多,更容易被吸入到肺中,危害较大。为了解决煤尘和岩尘混合颗粒的分类问题,提出一种微米级煤尘和岩尘混合颗粒的测量方法。【方法】首先采用环形静电传感器进行前端流体流量的测定,根据科氏质量流量计的测量原理,研究测量管两侧的时间差和流体的质量流量的关系;其次采用ANSYS有限元软件进行双向流固耦合,验证对煤尘和岩尘混合颗粒进行分类的可行性;最后对测量管进行静力学分析以及数值模拟分析,实现科氏质量流量计对微米级煤尘和岩尘混合颗粒的分类判别。【结果】在科氏质量流量计的同一个测量管道入口处,颗粒的流入速度与测量时间差正相关;谐振式U型管的激振频率应为二阶振型对应的固有频率113.11 Hz;当煤尘和岩尘颗粒混合粒径不同时,静力学参数和时间差随着煤尘的体积分数的增大而减小,并且全岩尘和全煤尘的时间差明显与混合颗粒的不同;当煤尘和岩尘混合颗粒粒径相同时,时间差随着煤尘的体积流量增大而增大,关系曲线的陡度也随着增大。当煤尘体积分数<50%时,煤尘和岩尘的混合颗粒的粒径越大时间差越大;当煤尘体积分数≥50%时,煤尘和岩尘的混合颗粒的粒径越大时间差越小。【结论】煤尘颗粒和岩尘颗粒具有鲜明且不同的分类判别特征,微米级煤尘和岩尘混合颗粒分类具有可行性,可实现科氏质量流量计对煤尘和岩尘混合颗粒的实时在线精确分类。

煤矿煤尘爆炸特性实验及影响因素分析

为进一步探究煤矿煤尘爆炸的主要特点,以20 L球形爆炸反应釜为基础设备,搭建煤矿煤层爆炸特性实验的主要装置进行实验测试,通过大量实验验证了不同煤尘中粒粒径和瓦斯浓度对爆炸压力及其变化情况的影响。结果显示,当煤尘中粒粒径处于较低水平,或瓦斯与氧气之比可完全反应时,爆炸压力相对更高,变化也较为迅速,特别是瓦斯混合煤尘后的爆炸效果相对更为突出。初步探讨了相应的防范措施,以期为今后的煤矿开采和运输等环节提供一定的参考借鉴。

北露天煤矿卡车道路保湿型抑尘剂研发及工业试验

卡车道路运输是露天煤矿最大粉尘源之一,尤其在夏季高温环境下路面水分蒸发量极大、卡车扰动强度极高。以霍林河北露天煤矿卡车路面为研究对象,分析NET200自卸卡车轮胎黏结粉尘受力状态及产尘机理;采集并测试道路岩土含水率、化学官能团及粒径分布,确定研发抑尘剂保湿、润湿及凝并的功能定位。单体优选试验确定保湿剂丙三醇、润湿剂十二烷基苯磺酸钠、凝并剂聚丙烯酰胺作为正交试验材料,以蒸发量作为主控指标,采用极差法确定保湿型抑尘剂最佳配方为3.0%丙三醇、0.25%十二烷基苯磺酸钠、0.05%聚丙烯酰胺;通过观测不同喷洒量下粉尘表面成膜状态和含水率变化,确定单位路面最佳喷洒量为1.6~2.0 L/m^(2)。北露天煤矿12 d抑尘工业试验结果表明:单次试验周期内所有路段全尘、呼尘浓度均呈逐渐增高趋势,3次试验期间喷洒抑尘剂承重、非承重路段的全尘、呼尘浓度均显著低于常规洒水路段,且均分别低于全尘(4 mg/m^(3))、呼尘(2 mg/m^(3))规定限值,表明自主研发保湿型抑尘剂单次喷洒有效抑尘时间为3~4 d;喷洒抑尘剂能够有效提高粉尘中大颗粒占比,凝并团聚效果显著;喷洒抑尘剂承重、非承重路段土壤平均含水率分别为14%、12%,均为常规洒水路段2倍以上。保湿型抑尘剂能够大幅度延长单次喷洒有效抑尘时间,对矿区道路等动态工况抑尘具有显著适用性。

基于MICP的固化粉尘微生物抑尘剂试验研究

为降低露天煤矿排土场粉尘浓度,减轻和防止粉尘危害。基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粉尘技术,探究了环境因素(温度、pH)对巴氏芽孢杆菌生长的影响,通过测定CaCO_(3)的产量来评估细菌浓度、胶结液浓度和营养液浓度对固化效果的影响;通过设计正交试验,采用矩阵分析法对巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂配比进行优化,提出1种新型高效、环保矿用微生物抑尘剂。结果表明:巴氏芽孢杆菌的最佳培养条件为30~35℃、pH7.5左右,微生物抑尘剂适用于偏高温、中碱性环境下的露天煤矿;微生物诱导碳酸钙沉淀过程CaCO_(3)的生成量与营养物质浓度和菌液浓度呈正相关关系,CaCO_(3)的生成量随胶结液浓度(尿素、氯化钙)增大呈现先增大后减小的趋势;巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂具有良好的渗透性、抗强风、保水、抗雨淋等综合性能,巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂成分配比优化方案为:巴氏芽孢杆菌菌液OD600值为1,胶结液(尿素、氯化钙混合溶液)取0.5 mol/L,营养物质溶液取2 g/L。

高效固结矿用抑尘剂的制备与性能研究

为抑制煤炭开采和运输过程中煤尘逸散,减少其对井下生产环境以及工人的身体健康造成危害,选取十二烷基磺酸钠(SDS)、椰油酰两性基二乙酸二钠(CAD)以及脂肪醇聚氧乙烯醚7(AEO-7)3种表面活性剂,通过表面张力试验筛选出性能优异的CAD和AEO-7。同时,选取环保可降解黏结剂甲基纤维素(MC)、羧甲基淀粉钠(CMS-Na)和聚乙烯醇(PVA),以黏度试验为依据筛选出具有良好黏结性能的MC。在此基础上,利用以硬度和渗透深度为评价指标的正交试验法分析获得抑尘剂的最佳配方为0.06%CAD+0.10%AEO-7+0.20%MC。基于所得最佳配方抑尘剂的润湿、保水以及固结方面的性能进行评价,接触角测试得到抑尘剂与煤尘的接触角为36.5°,具有良好的润湿能力;8 h内的累计蒸发量为4 g且形成的固化层硬度可达到76.4 HA,在经过10 m/s风流扰动后,煤样的风蚀率为2.23%。结合扫描电镜分析在放大1000倍时喷洒抑尘剂后煤尘颗粒表面的微观形态,发现煤尘粒径可达60μm左右,进行了有效的团聚行为,同时粒径实验也证明抑尘剂对煤尘进行了有效的润湿团聚行为,增加了煤尘重力与密度,显著提高抑尘效果。