综掘工作面风流调控装置与射流风幕综合调控粉尘场优化分析

为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、调控装置右偏角、风幕出口宽度、风幕出口速度及风幕出口张角等参数对粉尘场的影响;设计了正交试验以确定最佳综合调控方案,设计搭建了实验平台进行综合调控方案准确性和降尘效果验证。结果表明:在该综掘工作面通风系统布局下,当调控装置口径1.2 m,调控装置右偏角9°,风幕出口宽度0.14 m,风幕出口速度7 m/s,风幕出口张角60°时,司机位置粉尘质量浓度和行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低91.7%和74.9%,测试误差均在10%以下,有效改善了通风环境。

小跨度防尘天幕的设计与应用

为响应国家绿色节能号召,贯彻国家绿色建筑施工理念,菜园街及枣林南里棚户区改造项目A地块采用在土方开挖阶段引入防尘天幕系统,采用钢结构预埋件与基坑支护冠梁固定牢固,使用钢结构焊接成防尘天幕骨架,通过电动滑轮组件牵引钢丝绳,实现网布单元从南向北侧开合。天幕开启后达到全封闭施工效果,从而实现基坑土方作业阶段无扬尘、有效降低光污染、噪声污染。

综掘工作面气幕控尘参数对粉尘污染的影响

气幕控尘效果受压抽风及径向分风多要素影响,而现有研究多局限于某单一要素对气幕控尘的影响规律。为掌握气幕控尘参数对综掘工作面粉尘污染的影响,对不同径向分风流量和负压控尘流量条件下的风流场演变和粉尘场扩散开展了数值模拟研究。结果表明:①径向分风流量主要影响轴向射流场的卷吸效应,负压控尘流量主要影响工作面的抽风负压作用,当径向分风流量与压风总流量比值≥0.8、压风总流量与负压控尘流量比值<1.0时,气幕运移至射流区域时转变为轴向运移,形成厚度≥1.4m的轴向控尘流场。②径向分风流量及负压控尘流量越大,巷道压抽风侧风流流量及风速分布越均匀,粉尘扩散距离越小,掘进机司机处粉尘质量浓度越低。在此基础上,确定了综掘工作面气幕控尘优化参数:径向分风流量为288m/min(径向分风流量与压风总流量比值为0.9),负压控尘流量为426m^(3)/min(压风总流量与负压控尘流量比值为0.75)。经现场实测,应用气幕控尘优化参数后,掘进机司机处降尘率达93.5%,人员作业环境得到明显改善。

综掘工作面风幕控尘系统及其抑尘性能研究

将综掘工作面粉尘浓度控制在合理的浓度以及一定的空间范围,事关井下煤矿工人的身体健康与生命安全。控制煤矿掘进工作面生产过程中粉尘的浓度与扩散,一直是煤矿粉尘研究的重要内容之一。为优化综掘面除尘效果,研究粉尘分布规律,以老石旦煤矿16403综掘工作面为研究对象,综合压入式通风及风幕控尘技术,建立综掘工作面风幕控尘系统。根据现场实际数据参数建立压入式通风综掘工作面几何模型,并使用Fluent数值模拟软件对风流场及粉尘场进行模拟,研究了采用风幕控尘措施前后综掘工作面粉尘分布规律。最后,对模拟结果与现场实测结果进行对比,误差控制在合理范围之内。研究结果表明,单一的压入式通风无法有效治理综掘工作面粉尘污染,通过引入风幕控尘系统可以取得较好的防治粉尘效果,综掘工作面巷道粉尘浓度与空间分布范围明显改善,掘进机司机处与巷道两侧人员活动密集位置粉尘浓度保持在合理区间范围。

综掘面抽风口调控下的旋流风幕降尘优化

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明:调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。

综掘工作面抽尘区域对旋流风幕控尘的影响

为提高综掘工作面旋流风幕控尘效率,降低高浓度粉尘污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了抽尘区域对旋流风幕控尘的影响规律。结果表明:随着抽风口距工作面距离增大,抽风筒距压风筒对侧巷道边壁越远,工作面流场控尘能力逐渐降低,高浓度粉尘扩散距离及扩散角均随之增大。基于模拟结果,确定了综掘工作面旋流风幕控尘的最优抽尘区域为抽风口距工作面2 m,抽风筒安设于压风筒对侧巷道边壁。通过工程应用,验证了数值模拟结论的有效性,掘进司机处粉尘浓度可降至24.6 mg/m^(3),风幕控尘效率达到91%。

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。

矿用干式过滤除尘系统设计与应用

掘进工作面粉尘治理是煤矿粉尘治理的重点与难点,普遍采用的喷雾降尘技术对粉尘防治起到了重要作用,但喷雾对呼吸性粉尘的捕集效率较低,难以消除呼吸性粉尘对井下作业人员职业健康的影响。为此,自主研发了矿用干式过滤除尘系统,设计了掘进工作面风量便捷调控的控风风筒,研制了自密闭主动卸灰装置,设计了矿用干式过滤除尘器便捷移动除尘工艺,并在陕西瑞能煤业有限责任公司1#充填巷掘进工作面进行现场应用,现场测试结果表明:掘进机司机位置处总尘、呼尘的平均除尘效率分别为97.48%与97.82%;转载机位置总尘、呼尘的平均除尘效率分别为97.68%与98.24%;控风风筒后方测点总尘、呼尘的平均除尘效率分别为99.12%与98.91%,控风风筒产生的风幕阻挡了粉尘向巷道后方扩散,提高了干式过滤除尘器的现场除尘效率;除尘器出口处粉尘排放浓度为0~1 mg/m3,实现了粉尘的近零排放。

隧道局部区域洁净空间构建技术与模拟分析

通风条件较差的隧道施工存在低浓度粉尘污染问题,研究了一种新型的局部区域洁净空间技术。构建这种局部区域洁净空间的关键设备是一种新型的柔性材料风管式隔尘风幕,详细探讨了这种风幕设备的结构设计问题,主要包括风机的位置与数量、出风口的尺寸与间距、射流出风速度与角度。为了确定出风口尺寸、射流出风速度与角度等风幕关键参数的适宜范围,采用了数值模拟的方法。数值模拟采用了计算流体力学软件Fluent,连续相和离散相分别采用Realizable k-ε模型和DPM模型,设计了能体现不同风幕参数作用效果的对比模拟方法。模拟了不同参数条件下风幕的隔尘效果,通过对模拟结果的分析,对风幕关键参数进行了优化选择。

综掘工作面内外双旋流风幕发生装置设计与控尘效果研究

针对煤矿综掘工作面粉尘浓度超限的问题,设计了一种新型内外双旋流风幕发生装置,通过数值模拟和相似试验分析了装置应用前后综掘工作面的风流流场特性和粉尘扩散规律。结果表明:司机位置粉尘质量浓度随风幕发生装置射流出口风速的增大呈先降低后增大的变化趋势,有效控尘临界风速为35 m/s;风幕发生装置可以形成阻挡粉尘向外扩散的漏斗状旋流风幕,并将综掘工作面分成粉尘控制区和工作区2部分;旋流风幕将粉尘颗粒的扩散速度降低了84%,且对5μm以下呼吸性粉尘控尘效率更优;新型风幕发生装置应用后司机位置处的粉尘质量浓度由337 mg/m^(3)降到38 mg/m^(3),控尘效率为88.7%。

通风系统扰动下旋动雾幕控尘技术研究

为解决掘进机截割头处煤尘扩散污染问题,基于完整掘进工作面模型建立了数值分析模型和相似实验系统,对旋动雾幕控尘系统在井下辅助通风系统扰动下的雾幕完整性与控尘性能进行研究分析。模拟结果表明:随着辅助通风系统压风风量的逐步增大,旋动雾幕逐渐被破坏,当相似压风风量大于4 m^(3)/min时,旋转的液滴脱离原有运动轨迹由掘进机回风侧向后扩散。实验结果表明:旋动雾幕具有一定的抗干扰性,与模拟结果较一致;当雾幕完整时均能达到较好的控尘性能,当压风风量逐渐上升到4 m^(3)/min时,司机位置处可保持较高的降尘效率,但掘进机后5 m处总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率表现出较明显的降低,分别由97.6%、96.4%降为89.4%、85.8%,保持辅助通风风速小于3.3 m/s时可获得较好的旋动雾幕控尘效果。

装配式防尘天幕系统在基坑施工中的应用

施工现场通常采用防尘网作为现场防尘措施,但此方式防尘效果有限,且易造成二次污染。本文提出了装配式防尘天幕系统,该系统主要由支撑系统、牵引系统、防尘网、喷淋系统、照明系统、智慧治理系统组成。装配式防尘天幕系统在使用过程中可有效降低现场扬尘,减少二次污染,提升施工效率,为施工现场扬尘控制提供新思路、新方法。

快掘工作面雾幕控降尘装置设计与试验

为了解决快掘工作面的粉尘污染问题,采用现场调研方法,分析得出快掘工作面粉尘运移规律,并据此设计了雾幕控降尘装置。根据扇形喷嘴在横风状态下的有效射程,优选出等效孔径为Φ1.4mm、Φ1.6mm两类喷嘴作为控尘用喷嘴,并确定喷雾压力为4MPa。根据尘源粒径与雾滴粒径充分接近的原则,并结合雾滴存在时间、雾滴捕获尘粒后沉降时间,确定雾滴粒径的合理范围为70~80μm。试验结果表明,掘锚机回风侧作业人员处全尘、呼尘的降尘效率分别达到60.7%和57.3%,作业环境得到明显改善。

基于气固两相流的风幕控尘数值模拟

针对综掘面粉尘防治的问题,提出了用风幕控尘的粉尘治理方法,数值模拟方法研究了在风幕控制下粉尘逸散规律,风幕控尘的数学模型是在稀相气固两相流理论上建立的.在条缝宽度、射流出口风速不同情况下,运用CFD软件从三维角度模拟了风幕控尘现象,生成了有、无风幕时的粉尘颗粒图以及粉尘速度随时间变化曲线,并对不同风幕下的控尘效果进行了模拟对比和分析,得出了风幕射流装置起到了控尘作用且风幕射流速度越大,粉尘越易被集中抽走的结论.研究对掘进巷道粉尘的综合治理有很好的借鉴作用.

综掘工作面门型风幕控尘除尘系统粉尘防治研究

针对综掘工作面粉尘防治问题,提出了利用风幕控尘结合压抽混合式通风除尘的门型风幕控尘除尘系统。通过理论分析计算确定各风幕参数之间的函数关系,根据玉华煤矿2410综掘工作面实际条件建立几何模型,应用Fluent软件对门型风幕控尘除尘系统的风流场和粉尘场进行仿真分析,并与现场实测数据进行对比分析。研究结果表明:门型风幕能有效地将粉尘控制在距工作面5 m范围内,同时配合除尘风机将含尘风流抽排过滤,风幕后方粉尘质量浓度明显降低,呼吸带粉尘平均质量浓度降至32.67 mg/m^(3),与原有压抽混合式通风除尘相比粉尘质量浓度降低了86%,显著提高了除尘效率,工作面环境得到明显改善。

综掘工作面风幕控尘装置设计及试验研究

针对岩巷综掘工作面粉尘浓度高、工作环境能见度低、机械磨损程度快等不足,提出选用空气压缩机为风幕控尘装置提供气源,研究出一种基于岩巷综掘工作面的、由射流箱和呈倒"U"形射流腔等组成的风幕控尘装置。为确定空气压缩机作为气源的合理性和风幕控尘装置的控尘效果,在试验基地搭建长15 m、宽4 m、高5 m的试验巷道进行试验。试验结果表明:采用高压风管作为风幕控尘的气源,安装风幕前后司机处总粉尘质量浓度分别为752.78 mg/m^3和133.33 mg/m^3,其控尘效率为82.3%,并能够形成有效的控尘风幕,改善岩巷工作面环境,该装置为掘进工作面粉尘防治提供了新手段。

岩石机掘面多径向旋流风控除尘方法的研究与应用

为了有效降低岩石机掘面粉尘质量浓度,利用数值模拟、现场实测等方法,研究应用一种多径向旋流风控除尘方法。基于多径向旋流风控除尘方法研制控除尘系统,并在东区皮带巷岩石机掘面进行现场应用,实测多径向旋流风发生装置开启前后各测点粉尘质量浓度。研究结果表明:多径向旋流风发生装置开启后,可形成覆盖巷道全断面的多径向旋流风,并在掘进机司机至掘进头间形成风流方向均轴向指向掘进头的控尘风幕,压抽比越小,控尘风幕的风速波动系数、质量浓度为50 mg/m^3以上的粉尘运移距离、司机处粉尘质量浓度均越小,压抽比为0.75时控除尘效果较优。开启后,压抽比越小,控除尘效果越优,压抽比为0.75时,相对开启前,有人作业区域各测点的实测降尘率平均值为81.72%,控除尘效果明显。

新型风幕控尘除尘机除尘系统数值模拟

针对以往风幕存在不能全断面封闭掘进工作面的问题,设计了一种240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统,利用流体力学计算软件Fluent对此系统的风幕宽度、除尘机压力、风幕与吸尘口距离和除尘效果进行了模拟。结果表明:当局扇提供的风量为280 m^3/min,风幕宽度为50 mm时,抗扩散能力较弱,风幕宽度为100 mm时,风幕风速分布较均匀,抗扩散能力较强,风幕宽度选取150 mm时,末速度达不到阻尘的作用;在风幕宽度为100 mm、风幕距除尘机吸尘口2.4 m的条件下,除尘机压力为-400 Pa和-500 Pa时,不利于粉尘的排出,除尘机压力为-250 Pa和-350 Pa时除尘效果较好;在风幕宽度为100mm、除尘机压力为-350 Pa的条件下,风幕距除尘机吸尘口距离小于2.0m时,不利于粉尘的排出,间距大于2.4 m时除尘效果良好;当风幕宽度为100mm、风幕与吸尘口间距2.4 m时,除尘机压力-350 Pa比-250 Pa更有利于粉尘的排出。研究表明,240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统在合理的工况参数下除尘效果更好。

基于CFD的新型风幕控尘装置的模拟研究及其应用

针对传统风幕控尘装置设备多、空间小、掘进机移动不便等诸多不足之处,⌒进行了优化设计。为确保新型风幕控尘装置的实际应用效果,指导现场防尘系统设计,确定抽出式风机风筒安设位置,依(山西某矿掘进巷道工作面1:1建立了物理几何模型,并利用计算流体动力学(CFD)进行模拟。根(湍流模型特性及流体运动特点,选取拉格朗日法离散相模型对掘进巷道粉尘浓度分布进行了模拟分析并进行现场实践。结果显示,所选物理几何模型参数设置合理,拟合精度达到预测要求;加装新型风幕控尘装置前后,粉尘浓度下降对比明显;距底板2.1 m处安设抽出式风机风筒时,系统降尘效果显著。

综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的数值模拟

针对配有附壁风筒综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的特点,分别采用k-ε和k-ε-Θ-kp数学模型建立了该流场单相风流流动和气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用Fluent软件对该流场风流及粉尘的扩散进行了数值模拟。模拟结果显示,综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统可在掘进机司机的前方形成基本封闭整个巷道断面的旋流气幕,能有效地将粉尘封闭在掘进头至掘进机司机前方0.5 m的空间内,防止粉尘向其它区域扩散。依据模拟结果和工作面现场的实际条件,设计了由附壁风筒和抽尘净化装置构成的综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统,该系统在综掘工作面应用后,有效地降低了工作面现场各作业地点的粉尘浓度,取得了较好的降尘效果。