某铅锌矿巷道型采场粉尘扩散特性研究

为了掌握局部通风的长抽长压式巷道型采场在凿岩作业时粉尘颗粒扩散特性研究,获取合理的通风除尘参数,以某铅锌矿巷道型采场为研究背景,依据相似理论基本原理,建立巷道型采场相似实验模型。对采场模型及现场进行风流特性试验,研究了不同工况点下采场风流变化特性;不同风速下采场模型粉尘浓度及分散度试验;分析不同工况点对粉尘浓度及分散度影响程度。结果表明：采场流场在不同风速下,当粉尘颗粒从模型工作面位置进入采场模型后,发现粉尘颗粒粒径大小位移距离会发生明显变化,当工况点风速为0.75 m/s时,工作面粉尘浓度最高为76.4 mg/m3,大部分粉尘颗粒粒径小于10 um,粉尘平均分散度为66.29%,粉尘粒径分散度主要集中在小于2 um,与现场实测结果吻合,说明此工况粉尘颗粒沉降效果最佳。     

深井热湿环境下空冷器气侧污垢沉积规律

巷道热湿环境是深部资源开采所遭遇的重要问题之一,人工制冷降温技术成为解决该问题的关键.然而矿用空冷器作为系统末端,位于生产最前线,工作环境恶劣,气侧污垢积聚严重.本文结合Euler-Lagranian模型,针对深井热湿、含尘环境下空冷器气侧的污垢沉积规律展开研究.研究发现,当粉尘粒径小于10μm时,粉尘颗粒受重力影响较小,管壁上的污垢分布较为均匀;当粉尘粒径大于10μm时,粉尘颗粒受重力影响较大,污垢的分布主要集中于前部管道;粉尘的沉积量与风速,管内水温呈负相关关系,与相对湿度呈正相关关系.研究结果对于深部热湿环境下空冷器气侧高效防垢、抑垢及除垢技术的研究具有理论指导意义.     

综放工作面多尘源粉尘扩散规律的相似实验

为了掌握综放工作面多尘源粉尘扩散分布规律,运用相似理论和气固两相流方程,导出了综放工作面相似准则数,设计出相似实验模型,模拟风速为1.0,1.5,2.0,2.5 m/s,含水率为1.69%,2.63%,3.83%,4.87%下割煤、移架、放煤、转载以及多工序作业粉尘扩散。研究表明：风速对各尘源的影响较大,但影响结果不同,实际最佳控尘风速为1.5 m/s;煤尘含水率对粉尘扩散影响比较显著,最佳含水率不宜低于3.8%;多尘源粉尘浓度分布叠加效应十分明显,在实际防尘中需要采取单点防降尘和多点防降尘相结合的措施。     

风流扰动下煤炭装载冲击粉尘运移规律与抑尘技术研究

煤炭装载冲击是露天煤矿主要的产尘环节之一,尤其在自然风流的作用下容易造成大面积的粉尘污染。针对内蒙古地区露天煤矿地域气象风力强劲、装车冲击粉尘浓度高、粉尘扩散污染严重等问题,采用Realizableκ-ε湍流模型,结合数值模拟分析不同风速扰动下装载冲击产尘运移规律,探究抑尘运移方法及其防治粉尘污染的作用效果,结合内蒙古白音华三号露天煤矿装车站现场,设计优化阻尘技术并进行现场应用与效果分析。研究结果表明：流经装车涵洞的过堂风、背风面形成的涡旋风流是促使下风侧粉尘颗粒运移的主要原因;随着风速的增大,装车站风流的不均匀性不断加剧,粉尘颗粒在风流的夹带作用下向下风侧区域扩散;粉尘扩散污染路径装设抑尘网可实现对粉尘运移的有效阻隔,且随着抑尘网高度的增加,装车站下风侧区域内的风速值出现显著降低,并在装车涵洞出口处形成一条风速值分布较为均匀的低速带,进而降低了粉尘颗粒的逃逸速度,有效控制了粉尘的扩散范围;此外,抑尘网安装高度对于风流场与粉尘运移的影响存在阈值,基于模拟研究结果,优选网高为7 m的防风抑尘网进行现场应用。现场粉尘浓度测定结果表明：抑尘网内外粉尘降低效率达到82.51%以上,有效降低了装...     

胶带输送巷道粉尘分布及其影响因素的实验研究

根据相似原理,结合气固两相流的运动方程,导出了模拟胶带输送巷道粉尘运动的相似准则数,以西石门铁矿11/96胶带斜井为原型,建立了胶带输送巷道相似模型,并对粉尘分布进行了实验研究。研究结果表明：巷道模型内粉尘浓度沿程先逐步上升至一个最大值,后逐步缓慢降低。巷道风流方向、巷道平均风速、胶带运行速度、矿石含水率、放料速度及放料高度等是影响胶带输送巷道粉尘浓度分布的6个主要因素。巷道平均风速越大,带式输送机顺风运行且运行速度越小,粉尘浓度越低;矿石含水率越高,粉尘浓度越低,且矿石含水率达到3.09%后,粉尘浓度基本不再降低;放料速度越快,放料高度越高,粉尘浓度越大。     

矿尘凝聚机理及实验研究

通过尘粒起动风速与尘粒粒径的关系的研究,认为可以通过使粉尘颗粒牢固凝聚,生成大尘粒的办法来减少矿井扬尘。通过对尘粒间作用力的比较和分析,肯定了洒水降低井下扬尘的科学性;同时认为用化学方法增大尘粒间的凝聚力,减少矿井扬尘是可行的。     

高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染，提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力，推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型，根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面，高浓度粉尘污染效应，并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明：海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变，粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关，竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布，且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区，涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速，隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“?字型”运移，隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降，小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧...     

粉尘浓度光散射测量影响因素的分析

根据经典的Mie氏散射理论，分析和计算了单个粉尘颗粒的散射特性曲线，又通过实验对粉尘云散射特性进行了研究，分析了散射角、粉尘粒径及水雾对光散射的影响.研究得出，单个粉尘粒子的散射光强随颗粒粒径的增大而增大，对粉尘云而言，粉尘中位径越大，灵敏度越小，测量的粉尘浓度值会偏低.     

不同影响因素条件下综放工作面移架粉尘分布规律实验研究

为了更有针对性的提出综放工作面移架时粉尘的控制措施,根据气固两相流运动方程及相似原理,结合现场情况,建立了综放面的相似模型,对移架时不同影响因素条件下粉尘浓度分布进行实验研究。研究表明:工作面平均风速在1.5~2.5 m/s时,最有利于粉尘的排除和沉降;煤层越破碎煤尘颗粒越小,移架时粉尘浓度越高;煤层含水率越高,粉尘浓度越低,且含水率增大到4.45%后,对粉尘沉降作用不明显;支架间隙越大尘源浓度越大,采煤高度越高粉尘下落的剪切作用越激烈,都会导致工作面粉尘浓度的增大。     

高溜井粉尘扩散特征试验研究

为了研究高溜井放矿时粉尘分布及扩散特征,采用相似实验的方法,通过改变矿石质量、粒径、连续放矿次数和溜井放矿高度等条件,监测3个中段的粉尘浓度和风速变化。实验结果表明,粉尘浓度、风速最大值随着放矿质量、连续放矿次数及溜井放矿高度的提高而增大,随矿石粒径增大而减小。选用Fluent软件中DPM模型来模拟不同时刻模型整体的压力、风速变化情况。模拟结果表明,随着矿石颗粒从溜井顶端向下做加速运动,越靠近溜井底部压强越大;放矿时间越长,风速值波动越小,斜溜槽内风速值较大。实验研究结果与模拟计算结果具有很好的一致性。     

抽尘管道粉尘沉积参数化数值模拟研究

针对抽尘管道中粉尘沉积的现象,建立了粉尘在抽尘管道中的沉积-回弹模型,并基于计算流体力学,采用标准k-ε模型,利用VB.NET对Gambit及Fluent流体计算软件进行封装,编制了抽尘管道粉尘沉积参数化计算软件。通过该软件对风速及粉尘粒径对粉尘沉积规律的影响进行了计算。计算结果表明,抽尘风速越大,粉尘沉积率越小,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越远,当抽尘风速达到16 m/s以上时,最大粉尘沉积率减小到了5×10~(-5) mm/s;粉尘粒径越大,粉尘沉积率越大,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越近,当粉尘粒径到90μm时,最大粉尘沉积率达到了6×10~(-4) mm/s。     

产涡凝聚区流场及颗粒运动轨迹模拟研究

亚微米细微颗粒物凝聚技术是对亚微米细微粉尘进行阻隔和收集的有效方法。为了对亚微米细微粉尘凝聚装置中含尘气流流场及颗粒运动轨迹进行模拟,应用Fluent软件,采用格子波尔兹曼模型模拟含尘气流流场,采用离散相(discrete phase models,DPM)模型模拟颗粒运动轨迹,对不同速度入口下和不同粒径的颗粒轨迹分布进行了数值模拟和分析。结果表明:凝聚区中的产涡装置可以产生随速度变化的不同尺度的涡;随着颗粒粒径的减小,越易受湍流作用的影响,碰撞几率越大。     

烟煤升温氧化的影响因素及其低温热解动力学

为探讨烟煤升温氧化反应特性及其影响因素,利用热重法研究了不同含水率及不同粒度烟煤在10℃/min加热速率下的热失重过程,并应用Coats-Redfern积分法进行低温热解动力学分析。结果表明,水分蒸发和气体解吸附、增重与结构氧化分别主导其2步氧化机制。第1阶段温度阈值随含水率的增加先减少后增加,且含水率为9.16%的煤样S3温度阈值最小,含水率在第1阶段反应过程中影响显著;第1阶段温度阈值及自燃阈值随粒度增大而升高。选用一级反应模型和二级反应模型分别用于计算2个反应段的表观活化能,所得相关系数R2>0.98,活化能与频率因子之间存在动力学补偿效应,且发现煤样S3及粒度最小的煤样L5(19.21μm)较同组其它煤样相比,需要较少的活化能以克服反应壁垒,表明其具有较高的自燃危险性。     

电荷法测量粉尘密度的试验研究

为了研制新型电荷法测量粉尘密度的传感器,基于静电测试原理,采用自行建立的试验系统研究了棒状、内环状和外环状3种探头在不同粉尘密度下产生电荷的关系,找出了适合煤矿使用的电荷探头,并考察了该探头在不同风速和粉尘粒径条件下对其产生电荷的影响,结果表明:3种探头均是随着粉尘密度的升高,产生的电荷增大,并呈线性关系;棒状探头比内环状、外环状探头灵敏度高,更适合煤矿粉尘密度测量;同时,通过对棒状探头在不同风速和粉尘粒径条件下测试,得出:风速不同,粉尘密度与其产生电荷的线性关系不同,5~7 m/s范围内,风速越高,线性相关性越好,越有助于粉尘密度的准确测量;粉尘粒径变化对棒状探头测量粉尘密度影响不大.     

卸矿站粉尘浓度影响因素的数值模拟研究

为了掌握卸矿站卸矿时卸矿量、巷道风速、矿石粒径和壁面条件对巷道内粉尘浓度的影响,以国内某矿山2号卸矿站为研究对象,运用ANSYS软件对该卸矿站建模、模拟,研究巷道粉尘浓度与卸矿量、巷道风速、矿石粒径和壁面条件之间的关系。研究表明,数值模拟结果与实测结果基本吻合;下风向巷道粉尘浓度大小与卸矿量成正比例关系,与风速、矿石粒径成反比例关系;满足生产条件的情况下,卸矿量5 000 kg/s、巷道风速1.5 m/s时,尽可能增大矿石粒径、定期清扫巷道壁面,可有效降低巷道粉尘浓度。     

高原环境下矿井最低排尘风速的数值模拟

为降低高海拔矿井开采过程中的粉尘污染,改善通风除尘效果,减少矿井粉尘对作业人员的危害,依据圆管湍流特征对井巷风流分布规律和粉尘受力情况进行分析,建立了最低排尘风速的理论模型;并根据海拔上升导致的环境参数改变,对排尘风速的变化进行定量分析。根据实测结果,以拉萨市甲玛矿4490分层6号探矿巷为研究背景,采用Soildworks和ANSYS建立掘进工作面通风除尘模型。在风流流场模拟的基础上,对不同海拔高度下各粒径的粉尘运动轨迹进行数值模拟研究。结果表明,粉尘在风流的携带作用下向前扩散,粒径越小,扩散距离越远;当海拔上升环境参数改变后,粉尘颗粒的受力情况发生变化,运动状态也随之改变。在相同风速条件下,当海拔升高后,颗粒沉降速度增大,扩散距离变短,风流中粉尘质量流率下降,特别是呼吸性粉尘;0.25 m/s的风速难以将呼尘全部携带排出工作面,存在二次飞扬的可能,所以高原环境下的排尘风速应随环境参数变化进行调整。因此,为了将作业过程中产生的呼尘排出工作面,对各个海拔高度不同风速下的工作面沿程呼尘质量浓度变化进行分析,得到了不同海拔高度的最低排尘风速。将模拟得到的风速值与理论模型进行比较分析,误差均在3%以下,所以该模型可用于确定不同海拔高度的最低排尘风速,以便于高原矿井需风量的准确计算。     

尾矿库颗粒的大气迁移及其防护措施

采用数值方法研究粒径为10μm的尾矿库滩面颗粒,在风速分别为0.5、1、2和4m/s时的浓度分布和沉降规律。模拟结果表明,随着风速和迁移距离的增大,颗粒浓度不断降低。顺风方向上,风速为0.5m/s时,尾矿库滩面颗粒在下风向局部浓度较高;风速增大至4.0m/s时,粒子被水平风大量带走,下风向颗粒浓度迅速降低。非顺风方向上,风速对颗粒物浓度分布的影响较小,大部分颗粒沉积在尾矿库周边较小范围内,局部区域浓度较高。针对尾矿库颗粒的累积效应对周边环境的影响,简述了有关尾矿库颗粒对周边环境污染的防护措施。     

基于高精度沉积厚度检测方法的通风除尘管道粉尘沉积规律

为了对有爆炸危险存在的工矿场所的沉积粉尘厚度进行实时在线监测,同时调研发现针对工矿场所的通风除尘管道沉积粉尘厚度检测国内外尚属空白的现状。首先提出了一种高精度的沉积粉尘厚度实时在线检测方法,其核心是将粉尘的沉积质量检测转化为沉积厚度检测,并通过理论研究推导出粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度的数学关系式,据此进行信号处理设计完成了该种检测方法。再完成了实验管道选择、粉尘粒径筛选、实验环境条件准备以及由定量发尘器、静电除尘器、压气泵、除尘风硐、风速测定仪、电脑控制台和变频风机等组成的实验系统。基于此实验系统与实验准备,首先实验验证了粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度数学关系式的正确性,同时进行了误差实验,验证了该种检测方法的分辨率达到0. 01 mm,精度达到0. 07 mm,证明了该方法对沉积粉尘厚度的检测效果。然后,对除尘管道内粉尘颗粒物的受力情况进行了理论分析和研究,发现随着粉尘颗粒的粒径增大,颗粒所受的重力、拖拽力、Basset力和Saffman力作用逐渐明显。最后,基于此颗粒受力分析理论和实验系统,利用该种检测方法对通风除尘管道内的粉尘在不同风速和不同粒径下的沉积规律进行了研究,表明:随着除尘风速和颗粒粒径的增大,粉尘沉积率呈指数型降低和升高。文末,对管道内粉尘颗粒的沉积行为进行了原因分析,并给出了对现场除尘风速的设计建议。     

多场耦合作用下静电除尘器粉尘颗粒运动轨迹模拟

为了描述静电除尘器内流动特性以及粉尘颗粒的捕集过程,建立了气体流场、颗粒动力场与电场相互耦合作用的数学模型,构造了更贴近燃煤发电厂实际生产过程中的Rosin-Rammler粒度分布模型,讨论了多场耦合作用下不同工作电压、含尘气流入口速度对颗粒运动轨迹的影响。数值结果表明:随着工作电压的增高,逃逸粉尘的平均粒径呈现非线性递减的关系,粉尘颗粒向着收尘板方向偏移运动的趋势逐渐变强。此外,随着入口含尘气流速度的增大,出口处逃逸粉尘的平均粒径呈线性递增的关系,颗粒向收尘板电极方向偏移的趋势明显减弱。     

煤炭堆场起尘影响因素研究

通过一系列试验研究,监测分析了风速、含水率、煤堆高度、装卸方式等因素对露天煤炭堆场起尘的影响,结果表明当风速为2～3m/s,煤堆表面的含水率在6%～8%,煤堆高度在14m以下时,同时控制装卸作业落差,并对重点部位进行喷水抑尘,可有效控制煤炭颗粒起尘。