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。

综掘工作面气室降尘技术研究

针对掘进巷道中的粉尘控制问题,传统的长压短抽通风降尘技术存在粉尘扩散区域大、风幕降尘技术存在射流孔易堵塞等弊端。以巴拉素煤矿综掘工作面为工程研究背景,建立了掘进作业过程中的粉尘运动数学模型,得出降低综掘工作面粉尘浓度的关键因素是控制掘进巷道风流场扰动范围及减小粉尘颗粒运动时间。以上述关键因素为依据,在风幕降尘的基础上开发了气室降尘技术,通过在正压风筒末端加装风袖,与风幕共同作用将粉尘封闭在气室区域内,再由负压风机抽出,以提高降尘效率。采用Fluent软件对长压短抽通风降尘、风幕降尘和气室降尘进行模拟对比分析,并优化了气室降尘技术参数。模拟结果表明:采用气室降尘技术时,综掘工作面人体呼吸带位置的粉尘浓度为350 mg/m^(3),较采用长压短抽通风降尘时的600 mg/m^(3)和风幕降尘时的480 mg/m^(3)大幅降低;气室降尘最优技术参数为正压风筒出风口距综掘工作面14 m、负压风筒末端直径0.6 m。在巴拉素煤矿2号煤2号回风大巷综掘工作面进行现场试验,结果表明采用气室降尘时,掘进巷道最低粉尘浓度为118 mg/m^(3),低于采用长压短抽通风降尘时的184 mg/m^(3)和风幕降尘时的156 mg/m^(3),且降尘效率较长压短抽通风降尘平均提高54.8%。

综掘工作面风筒最优布置数值模拟研究

针对掘进面生产期间风筒位置布置不合理造成粉尘浓度较高,利用数值模拟方法,研究抽出式、压入式、长压短抽式等通风方式中,掘进面风流和粉尘随风筒到掘进面距离的改变而变化规律,数值模拟结果表明:采用长压短抽式通风的掘进面,抽出式风筒口到掘进面的距离L_(c)<1.5√S,压入式风筒口到掘进面的距离L_(y)为3.5√S:5√S或6√S:6.5√S,最理想的距离L_(y)=6√S:6.5√S,L_(c)=√S。模拟结果可为优化掘进面风筒布置、提高掘进面通风除尘提供一定的科学依据。

综掘工作面伞状气幕装置的设计与应用

针对综掘工作面迎头粉尘无序扩散的问题,设计了一种伞状气幕装置,采用3级斜向出风的结构形成多级伞形气幕阻止粉尘的扩散。通过数值模拟,得到有、无伞状气幕装置情况下的综掘工作面粉尘分布规律,结果表明,伞状气幕对迎头粉尘起到了较好的控制作用,高浓度粉尘被压制在迎头20 m范围内。通过现场应用,综掘工作面的降尘效率得到进一步提高,总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到60%和50%以上。

通风条件影响长压短抽掘进面粉尘扩散的仿真实验

为了提高长压短抽掘进面通风除尘效果,通过仿真实验确定通风条件影响风流场运移及粉尘扩散的规律。研究结果表明：风流场运移规律为压风口与迎头距离、压抽比越大,抽风口与迎头距离、压风量越小,越利于形成风速方向均指向掘进面迎头的控尘风流场,形成控尘风流场的压风口与迎头最小距离为25 m。粉尘扩散规律为随着测点与迎头距离的增大,粉尘质量浓度整体呈现减小或波动性减小趋势;抽风口与迎头距离越小,迎头粉尘扩散能力越小;随着压风口与迎头距离增大、压抽比减小,迎头粉尘扩散能力逐渐减小并趋于稳定,压抽比为0.75时距迎头5～39 m的有人作业区域全尘、呼尘平均降尘率已增至95.56%和94.31%;随着压风量增大,迎头粉尘扩散能力先减小后增大,其中压风量为250 m3/min时扩散能力最小。

岩巷掘进巷道长压短抽通风系统参数优化

为了减少掘进巷道的粉尘危害,以岩巷掘进工作面为研究对象,采用Fluent软件对岩巷掘进巷道长压短抽通风系统参数进行了优化。结果表明,矿山井下巷道利用长压短抽通风系统除尘效果较压入式通风系统提高30%~50%,在距离工作面20 m处粉尘质量浓度降低到20 mg/m3以下;采用数值模拟结合现场试验得出吸尘罩罩口最优宽、高为0.6 m、0.8 m。经过试验得出,掘进巷道通风系统负压风筒高度优化为2 m,可以进一步提高系统的除尘效率。

长抽短压通风下综掘工作面粉尘分布特征研究

为了掌握长抽短压通风条件下综掘工作面的粉尘分布特征,在3个全煤巷综掘工作面分别布置粉尘浓度测点及粉尘分散度测点进行测量,得到粉尘分布特征。结果表明:掘进机司机处、掘进机后5 m处回风侧以及抽出式通风机入口处的全尘质量浓度分布范围分别为320~415 mg/m^3、200~292 mg/m^3、290~365 mg/m^3,全尘质量浓度及呼吸性粉尘质量浓度在掘进机司机处、抽出式通风机入口处较大,掘进机后5 m处回风侧较小;在掘进机司机处至掘进机后5 m的回风侧范围内,粉尘粒径分布不对称,粒径>10μm的粉尘为主要粉尘,占全尘的68.99%~84.25%;从掘进机司机处至掘进机后5 m处回风侧,<10μm的粉尘分散度增加,>10μm的粉尘分散度减小,而各粒径的分散度变化量较小。

煤矿掘进工作面除尘系统降阻提效方案研究与应用

在对长压短抽通风除尘系统通风阻力分析的基础上,结合除尘器性能测试,找出除尘器现场应用中抽风量偏小的原因。通过除尘系统通风阻力分析,结合实验室实验,提出了改变原除尘器喷雾架及过滤网层数的降阻方案,并在现场进行了应用,成功降低了除尘系统阻力,风量提高120 m3/min,取得了良好的降尘效果。

新型“长压短抽”通风除尘系统的试验研究

针对万家庄煤矿20101综掘工作面现场实况,安装一套新型"长压短抽"高效通风除尘系统和掘进机环形外喷雾装置,并对系统附壁风筒径向出风口开启数量与轴径向出风比进行试验。掌握附壁风筒径向出风口开启数量、轴径向出风比对工作面的降尘效率和瓦斯浓度的影响结果,为"长压短抽"高效通风除尘系统的实践应用提供依据。