Theoretical and numerical analysis of coal dust separated by centrifugal force for working and heading faces

In order to meet engineering needs of Chinese underground coal mines,a new dust-collecting fan,a device of dust separated by centrifugal force in driven cyclone passageway(DCCP)was designed.In centrifugal dust removal section(CDRS)of DCCP,a general equation is derived from the principle of force equilibrium.According to CDRS structure parameters and fan running parameters,the general equation is simplified,and the simplest equation is calculated numerically by MATLAB.The calculation results illustrate that increasing quantity of air current is against dust removal,but it is beneficial to dust removal by increasing the radius of driven spiral blade and increasing the particle diameter of coal dust.The conclusions show that the dust-collecting structure parameters coupled with the fan running parameters is a novel optimization approach to dust-collection fan for working and heading faces,which is especially suitable for Chinese underground mines.

Migration law of respirable dust on a super-long fully mechanized double-shearer working face

In order to understand the migration law of respirable dust and gain reasonable design parameters for dust control on a super-long double-shearer fully mechanized working face, this paper describes research carried out using a numerical simulation package(Fluent) based on gas-solid coupling dispersed multiphase flow model and field measurement to research different technology modes, dust distribution law at different intervals where shearers work in opposite directions on the lower 9303 face, No. 2 Jining Mine,Yankuang Coal Mining Co. Results show that the concentration of dust 3–6 m away from the shearers working in the same directions was large, while the impact area of respirable dust near the shearer increased significantly to 5–6 m with the distance between two shearers working in opposite directions.The concentration of dust on a double-shearer face was considerably higher than that of a face with one shear under the combined effect of wind speed on the face and disturbed wind around the shearer, while the dust concentration near the shearer on the return side was considerably higher than that on the inlet side. The concentration of dust on a double-shearer face along the airflow declined slowly so that dust was hard to control. Simulation results confirmed the results of field measurement, which could provide reference for dust prevention design.

高河能源掘进工作面产尘机理及运移规律数值模拟研究

高河能源公司掘进工作面产尘强度大且回采深度逐年增加,在空气流场的作用下,常规治尘措施难以对粉尘进行有效拦截。为此,对掘进工作面产尘机理及运移规律开展数值模拟研究。首先,开展现场掘进过程压入式、抽出式风量测试,随后建立掘进工作面DPM模型,构建掘进面物理模型,得到巷道中粉尘浓度分布与粒径分布特性。最后开展掘进过程粉尘浓度分布测试。试验结果表明:掘进机司机位置处总尘浓度最高值、平均浓度、呼尘浓度最高值、平均浓度;转载机位置总尘、呼尘浓度的平均值;控风风筒后方总尘、呼尘浓度的平均值,经与数值模拟结果与现场实测结果对比,模拟精度大于85%,与现场情况基本一致。

负离子除尘技术在隧道中的应用与数值模拟研究

以武隆隧道为例,采用便携式负离子发生器进行现场测试,验证了负离子的消耗与除尘的有效性。对武隆隧道中应用负离子净化系统的除尘效果进行了数值模拟。结果表明:隧道内的电场以电极为中心呈环形分布且向外不断扩展;随着粉尘颗粒粒径的增大,荷电量增大,在电场力的作用下粉尘颗粒越容易发生偏移运动;在作用时间为600 s时,对2.5μm与10μm粉尘的除尘率分别为63.57%与99.00%;增大工作电压可以有效提高除尘率。

基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法

基于光散射原理测定粉尘质量浓度只能定时定点手动检测,实时性差,且只能检测出粉尘质量浓度,并不能给出粒径分布范围。目前基于图像分析的粉尘颗粒检测研究主要是针对粉尘质量浓度或粒径分布进行单方面研究,并不能实现粉尘质量浓度和粒径分布范围的同时检测。针对上述问题,提出了一种基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法,探究图像特征与粉尘质量浓度、粒径分布间的关系。通过粉尘样本收集及图像采集装置,采集粉尘颗粒图像并获取采集图像时的粉尘质量浓度。编写粉尘样本图像处理算法,提取图像的灰度特征、纹理特征、几何特征相关参数。对提取的图像特征与实测粉尘质量浓度进行相关性分析,选取相关性较大的图像特征作为参数建立回归数学模型。提取粉尘颗粒对象像素点个数,结合转换系数,基于几何当量等效面积径计算粉尘粒径大小及分布范围。实验结果表明:实测粉尘质量浓度与建立的图像特征多元非线性回归模型数学模型计算值间的平均相对误差为12.37%,标准实测粒径与几何当量等效面积径得到的粒径分布间的最大相对误差为8.63%,平均相对误差为6.37%,验证了基于图像特征的粉尘质量浓度回归数学模型和基于几何当量等效面积径分布数学模型的准确性。

综掘工作面风幕阻尘效果影响因素研究

目前综掘工作面粉尘污染的研究多集中于单一因素对综掘工作面风幕阻尘效果的影响,而未充分考虑各因素间的交互作用,使得压风分流技术的工程应用效果欠佳。为明确附壁风筒径向出风距离、径向出风比及轴向出风距离对风幕阻尘效果的影响,以潘三矿810西翼机巷综掘工作面为研究对象,运用Fluent软件对径向出风距离为10~25 m、径向出风比为0.6~0.9及轴向出风距离为6~12 m条件下的风流分布和粉尘扩散情况进行数值模拟。结果表明:(1)随着径向出风距离增大,径向涡流风幕在巷道内的转变更充分,综掘机司机前端的风流分布越均匀,更有利于形成风速方向均指向工作面的轴向阻尘风幕。当径向出风距离为10 m时,距工作面7 m断面内涡流特性明显,风速方向紊乱;当径向出风距离为25 m时,距工作面7 m断面内,风流分布趋于均匀,风速方向均指向工作面,形成了能够覆盖全断面的轴向阻尘风幕。(2)随着径向出风比增大,整流风筒轴向风流风量减小,轴向风流风速和射流强度降低,轴向风流对综掘工作面前端气流的扰动减弱;径向出风比越大,越有利于形成风流方向指向工作面且能覆盖全断面的轴向阻尘流场,即轴向阻尘风幕。(3)径向涡流风幕的阻尘能力随径向出风比的增大先增强后减弱,轴向阻尘风幕的阻尘能力随径向出风比的增大而不断增强。(4)在采取压风分流风幕阻尘技术后,当压风总量为300 m^(3)/min,吸风量为400 m^(3)/min,附壁风筒径向出风距离为20 m,径向出风比为0.9,整流风筒轴向出风距离为8~10 m时,能很好地将粉尘聚集在吸尘口附近,达到高效控尘除尘的目的。在810西翼机巷综掘工作面进行现场测试,测点风速和粉尘质量浓度实测值与模拟值基本一致,高浓度粉尘被有效阻控于工作面前端,隔尘效果较为明显,验证了数值模拟的有效性。

岩巷掘进工作面控风净化除尘系统设计与应用

针对岩巷掘进工作面压风风流携带迎头粉尘弥漫扩散造成粉尘治理难度大的问题,提出了掘进面“控风—净化”综合粉尘治理方案,构建了由湿式旋流除尘器、易装拆控尘装置、便移式负压风筒等组成的岩巷掘进面高效除尘系统,对比分析了除尘系统的不同安装方案对除尘效果的影响;综合考虑现场除尘效果与劳动强度,明确了湿式旋流除尘器最佳安装方案以及负压风筒与控尘装置的最优安装位置。在某矿辅运大巷岩巷掘进面进行了现场应用,结果表明:当负压风筒安装至通风风筒对侧,吸尘口距巷道迎头3 m,控尘装置位于通风风筒压风口后方5 m时,迎头高浓度粉尘在通风风筒压风、控尘装置控风及除尘器抽尘共同作用下被控制在迎头附近,并不断向负压风筒吸尘口运移最终被除尘器抽入净化,除尘器前方全尘和呼尘除尘效率分别达到95.9%和94.9%以上,除尘器后方全尘和呼尘除尘效率分别达到96.5%和95.4%以上,显著提升了巷道可见度,有效解决了岩巷掘进面通风造成的粉尘治理难题。

煤矿工作面喷雾除尘场景下的安全帽识别算法

首先针对煤矿工作面喷雾除尘场景下监控系统采集到的图片模糊、清晰度低的问题,提出了一种基于DeDi-Transformer(Density Difference-Transformer)的煤矿工作面图像去雾算法,该算法利用密度差实现密度感知,对采集的工作面监控图像进行增强,提高图像中人员安全帽的清晰度;其次针对煤矿工作面监控系统很难快速准确识别出煤矿工人是否佩戴安全帽的问题,提出了一种基于SAC-YOLOv9(Supervised Atrous Convolution-YOLOv9)的安全帽识别算法,该算法在YOLOv9主干提取网络中加入监督空洞卷积,获取不同尺度的感受野,加快特征提取,提高安全帽识别的精度。实验结果表明,DeDi-Transformer算法在Braize-Haze数据集上的PSNR为19.85 dB,比DeHamer算法提升了2.49 dB;SSIM为0.7179,比DeHamer算法提高了0.0434。SAC-YOLOv9算法在Dehaze-Helmet数据集上的mAP为95.7%,与YOLOv9算法相比提升了2.3%。

半煤岩快掘工作面机载除尘系统优化与应用

为了解决原机载除尘系统烧电机等问题,采用现场调研的方法,对机载除尘器、压缩风筒进行了优化设计。根据掘锚机截割工艺,得出除尘器可利用的安装空间;针对岩性粉尘的作业环境,采用了负压除尘的方式;采用新结构形式的过滤网,进一步提高呼尘的除尘效率;采用成熟结构参数的波纹板并优化脱水段外形,提高了脱水效率。现场应用表明:优化后的机载除尘系统全尘、呼尘降尘效率分别提升1.7%、3.7%,除尘器总体运行平稳、正常,使用过程中未出现烧电机情况。

综合防尘措施在成庄矿井下综掘工作面的应用

煤矿井下生产过程中会产生大量粉尘,不仅对作业环境、机电设备造成严重影响,也时刻威胁着井下安全生产和作业人员身体健康。结合煤矿综掘工作面粉尘的产生机理及运动规律,探讨了多层级综合防尘措施在成庄矿井下综掘工作面的实际应用。综合防尘措施的应用,对综掘工作面粉尘形成了有效拦截,进一步提升了降尘率,既优化了工作面的作业环境,又保障了安全生产。

综掘工作面粉尘运移规律及综合降尘技术研究

为解决唐安煤矿掘进工作面粉尘污染严重的问题,以3306轨道巷掘进为工程背景,采用数值模拟、现场实测等方法,进行分段注水+高压喷雾粉尘综合防治技术研究,研究表明:质量浓度0.6%的湿润剂溶液对粉尘具有较好湿润效果,综合降尘技术实施后,距工作面15 m回风侧粉尘浓度降幅达到90%,取得理想除尘效果。3306轨道巷掘进工作面粉尘综合防治技术为矿井综掘面后续防尘方案的设计及实施提供可靠参考。

掘进工作面多层螺旋喷雾降尘技术研究

为解决掘进工作面呼吸性粉尘的污染问题,提出一种将超声速气动喷嘴布置成螺旋状的多层喷雾降尘方法。以棋盘井煤矿掘进工作面为研究对象,采用离散元和有限元方法,通过COMSOL软件中的k-ω湍流模型和流体流动颗粒跟踪模型,建立多层螺旋喷雾降尘技术装置三维数值模型,得出了多层螺旋喷雾风流速度场,速度切面和水雾粒子轨迹的变化规律。模拟结果表明:掘进机截割头处风流速度较快,距离截割部越远,风流的速度越小,且截割头附近的风流非常紊乱;水雾粒子在喷嘴开启后会形成多层螺旋雾幕,20 s后螺旋雾幕覆盖到整个模拟的掘进工作面,且水雾粒子的粒径相较传统喷雾方法更小。

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究是粉尘防治和尘肺预警的基础。分析了综掘工作面呼吸性粉尘浓度监测关键点,提出呼吸性粉尘浓度传感器测点布置方案;以关键监测点的呼吸性粉尘浓度传感器实测数据作为实时来源,对比剖析了距离加权反比法和克里金法的优缺点,建立了一种扩展的空间插值算法;归纳半变异理论,将呼吸性粉尘浓度变化的时间维度和空间维度引入到半变异函数中,得到一种呼吸性粉尘时空场算法,建立综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型;最后,以河南新桥煤矿2502工作面作为对象,以滤膜称重法为标准,对时空场函数进行了试验验证。结果发现:在综掘工作面司机5~10 m、端头回风侧10~15 m区域内的呼吸性粉尘浓度较高且变化较剧烈,而在回风侧15 m后方呼吸性粉尘浓度开始逐步趋于平稳降低;综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型计算结果相对误差为±14.8%,比克里金法小±10.8%,比距离加权反比法小±22.4%。研究结果表明,综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型将时间维度和空间维度纳入了权重系数中,构建的时空场函数模型能更好地提高插值计算的精度,提升去特异值点的能力。

综采工作面联合通风除尘系统应用

针对申家庄煤矿N11511工作面在回采过程中粉尘浓度高、能见度低等技术难题,严重制约着工作面安全高效回采的问题,提出了“自动控制喷雾除尘+泡沫抑尘”联合除尘系统。通过实际应用效果来看,采用联合除尘系统后降低了工作面除尘劳动作业强度,提高自动化水平以及除尘效果,工作面回采期间粉尘质量浓度由原来的127 mg/m^(3)降低为24 mg/m^(3),取得了显著应用成效。

综掘工作面磁化微泡沫降尘技术研究

砂墩子煤矿S4103综掘工作面粉尘灾害十分严重,其防尘方法比较单一,且效果较差。研发了一套由粉尘管控系统和磁化微泡沫抑尘系统融合的降尘技术,开展了现场降尘实验。使用磁化微泡沫降尘技术后,全尘降尘率达到64.1%~71.7%,呼吸性粉尘降尘率达到60.8%~75.2%。与原有喷雾降尘技术相比,磁化微泡沫降尘技术不仅降尘率更高,而且耗水量显著下降且不为工人增加额外的工作量,符合有关技术要求。本研究有利于绿色矿山的建设工作,进一步改善综掘工作面的作业环境,保障矿工的生命健康。

综掘工作面矿用泡沫降尘技术研究及应用

针对王坡煤矿3306综掘工作面产尘强度大,风速高易扬尘,综掘机本体内外高压喷雾降尘装备易堵塞及损毁,粉尘油性高与雾滴难黏结等原因导致粉尘超标,严重污染作业区域的难题,开展了适用于王坡煤矿综掘工作面的矿用泡沫降尘技术研究,最终在王坡煤矿3306综掘工作面开展工业性示范验证。应用效果表明,在粉尘质量浓度最高的掘进机后方位置,总粉尘降尘率可达74.96%,呼吸性粉尘降尘率可达71.50%,降尘效果良好,整个巷道内环境质量及能见度得到了显著提升。

岩巷综掘面高效控除尘系统关键工艺参数研究

针对岩巷综掘工作面粉尘扩散严重、治理难度大的问题,提出了一套岩巷综掘工作面控除尘方法。通过数值模拟对控除尘关键参数与工作面颗粒物运动规律进行了研究,得出了不同条件下工作面粉尘颗粒物的运动规律,基于数值模拟研究结果搭建了现场试验系统,对工作面降尘效果进行了现场试验研究,得出工作面高效控除尘关键工艺参数,实现了对工作面产粉尘的高效治理,解决了综掘工作面粉尘带来的危害问题。

综采掘工作面降尘喷嘴雾化特性试验及应用效果分析

针对煤矿综采掘工作面产尘量大和降尘效果不理想的问题,利用风流—雾滴—粉尘三相耦合试验系统对多种类型参数降尘喷嘴开展多因素扰动下雾化特性试验;在喷雾压力2~8 MPa下进行宏观雾化特性分析,优选得到雾化角较大、有效射程较远且流量相对较小的喷嘴,并在风流、压力以及自身结构等因素扰动下进行雾滴粒径—速度等细观雾化特性与喷雾降尘效率试验;优选得到E类型2.0 mm实心圆锥形广角喷嘴,可以用于综采掘工作面液压支架负压卷吸除尘器和掘进机负压雾幕降尘。经现场应用后,综放工作面粉尘浓度总降尘效率≥91.4%,呼吸性粉尘降尘率≥85.7%;综掘工作面粉尘浓度总降尘效率≥93.4%,呼吸性粉尘降尘率≥86.7%;改善了综采掘工作面粉尘危害和作业环境,并为煤矿粉尘治理提供了技术支撑。

综采工作面综合防尘技术优化应用

针对店坪煤矿206工作面回采期间粉尘浓度大、能见度低等技术难题,店坪煤矿通过技术研究,决定对原工作面通风除尘系统进行优化改进,根据工作面粉尘来源,分别对工作面机头卸载点安装全封闭防尘装置,对运输、回风顺槽每隔200 m安装一道自动喷雾旋转防尘装置,对工作面机道及采煤机截割部安装泡沫抑尘装置。通过实际应用效果来看,采用综合防尘技术后卸载点处粉尘质量浓度降低至32 mg/m^(3),运输顺槽内粉尘浓度降低至37 mg/m^(3),工作面内粉尘质量浓度降低至42 mg/m^(3),起到了预期降尘效果,取得了显著应用成效。

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。