巷道中粉尘弥散的实验研究

通过在实际规模风巷中粉尘弥散实验研究，得出了实验条件下粉尘浓度沿风巷变化曲线和风速场与粉尘浓度场之间的关系，从理论上阐明了其正确性，提出了实现风、尘分流的技术途径。     

综掘面双风幕通风系统控尘除尘性能研究

针对综掘面粉尘浓度超标的问题，以山西长治潞安司马矿综掘工作面作为研究对象，建立了平行出风口形成的双风幕通风系统仿真模型，空气相利用标准k-ε湍流模型，颗粒相利用DPM模型，对综掘面附近的风流场和粉尘场进行了模拟研究。研究表明：双风幕通风系统在出风口导流板的康达效应下，在司机前方产生两道独立的风幕，靠近产尘点的第一道风幕将作业过程产生的大多数粉尘阻隔在主控尘区内；第二道风幕位于第一道风幕和司机之间形成辅控尘区，进一步拦截粉尘；当上下导流板角度α取45°,风口高度H均取30 mm,抽风口离综掘面距离L为10 m时，呼吸带粉尘浓度最小。将双风幕通风系统与传统长压短抽通风系统控尘除尘性能进行比较可知，前者作用时呼吸带粉尘浓度远低于后者作用时，除尘率提高了84%。     

梅山铁矿采场爆破粉尘运移规律数值模拟研究

为探究巷道型采场爆破粉尘排出采场的运移规律,以梅山铁矿-330m水平某巷道型采场为基础,采用数值模拟方法研究爆破粉尘在采场中的运移规律。研究结果表明:采场风速在竖直断面上的分布呈现"两侧高、中间低、进风大于出风,迎头附近几乎无风"的规律。爆破后600s内,粉尘浓度迅速下降。爆破粉尘在水平方向上的扩散明显受风流场影响,采场上部的粉尘扩散速度大于下部的粉尘,下部风流不畅,采场底部的粉尘浓度长时间高于上部粉尘浓度,有时会出现靠近迎头的一隅直至排尘结束仍存在小团粉尘无法排出的情况。由此提出联通巷风速为2m/s、3m/s时最有利于爆破粉尘的排出,增加附壁风筒可避免粉尘在迎头处沉积。     

综掘工作面除尘技术研究

当压入式风机将新鲜风流压入末端风流场参数调控装置时,根据工作面瓦斯与粉尘浓度关系进行正向风量和侧向风量参数配风,正向风流稀释瓦斯,向工作面供风;侧向风流吹向巷道断面形成一道风幕将粉尘控制在一个密闭空间中。     

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。     

基于大尺寸工程模型的排尘系统实验及参数优化

为解决某高瓦斯矿综掘面粉尘污染问题，通过COMSOL软件对压入式通风下粉尘于不同区域运移特性进行研究；选取3种排尘系统参数（风筒风速、压风距离、风筒悬挂高度），以进风侧、回风侧及掘进机操作台位置粉尘质量浓度为分析指标，借助大尺寸工程模型对每种参数下4个方案进行相似实验，优选排尘系统参数。结果表明：压风出口处负压影响下掘进机机尾存在粉尘回流，并于掘进机操作台处积聚；排尘系统参数以风筒风速16～20 m/s、压风距离8～11 m、风筒悬挂高度3.4～3.7 m设置时，掘进机操作台位置最大粉尘质量浓度降低49.02%，排尘40 min清除掘进机两侧96.58%浮尘，提升了压入式通风为基础的排尘系统抑尘效果及排尘效率。     

环形通风流场内粉尘浓度的影响因素实验研究

粉尘是工业生产的重要灾害之一。国内外专家学者进行了大量的粉尘理论和现场试验研究,但仍缺少一种能够模拟环形通风流场内粉尘多相流的综合性实验系统。为此,设计并研制出环形通风流场粉尘监测及除尘测试综合实验系统,并运用该系统定量地研究了风速、粉尘种类、粉尘粒径对粉尘浓度的影响。     

个体呼吸性粉尘质量浓度监测仪的设计研究

为了有效地对作业人员接触的呼吸性粉尘质量浓度进行实时监测，设计了一种个体用呼吸性粉尘质量浓度监测仪。通过阐述监测仪的工作原理，介绍了呼吸性粉尘分离器、呼吸性粉尘检测单元和流量控制系统的设计流程，并设计了监测仪的硬件电路和软件程序。在粉尘风硐系统中，采用呼吸性粉尘采样器进行了对比试验。试验结果表明：个体呼吸性粉尘质量浓度监测仪可以检测0～200 mg/m³的粉尘质量浓度，分辨率达到0.01 mg/m³，最大检测误差为9.77%。     

基于5种风筒出风角度的粉尘分布

风筒的出风角度对掘进工作面粉尘分布产生重要影响。对5种风筒出风角度下的风流和粉尘进行模拟,建立了掘进工作面三维分区图。发现风流形成上下2层涡,当风筒出风角度为右45°和上45°时,合涡大且下层涡厚,呼吸带粉尘浓度高;当风筒出风口角度为下45°时上层涡厚,呼吸带粉尘浓度低,此为最优风筒出风角度。     

风水引射除尘器研制成功

兖州矿业(集团)公司东滩煤矿研制出了一种风水引射除尘器，除尘率可达80％以上，粉尘浓度可降至40mg／m^3以下。如使用双水环喷枪和喷射机，同时料车安装接料簸箕，粉尘浓度可降到20mg／m^3左右。     

综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系的实验研究

为了得到综放工作面雾滴场与其捕获的粉尘场之间的定量关系，根据模拟综放工作面通风风速的封闭式实验箱，设计了由供水系统、供风系统、测粒系统、测压系统、测尘系统、发尘系统等组成的综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系测试实验平台。采用三维激光多普勒粒子动态分析仪对包括直射喷嘴、单式离心喷嘴、混合式离心喷嘴等目前煤矿普遍使用的六大类压力喷嘴进行了尘雾场耦合实验，即在风机开启时，分别测定释放尘源前后的雾滴粒径，利用Matlab数值分析方法，得到了雾滴粒径在\[40,65\]、\[65,100\]、\[100,160\] μm等3个区间内无尘液滴平均粒径与其捕获尘粒平均粒径之间的拟和函数表达式。提出针对呼吸性粉尘的雾滴最佳捕尘粒径应为［15，70］μm，实现了对喷雾降尘理论的改进与完善。     

基于CFD数值模拟分析综掘工作面粉尘迁移规律研究

针对目前综掘工作面产尘量大、空间狭小、粉尘浓度高、降尘难度大的问题,基于CFD离散相解算模拟技术,通过建立全尺寸掘进面巷道模型,对比研究在压入式通风条件下割上部与下部煤(岩)时,粉尘在掘进巷道的纵向与横向运移规律.掘进头模拟结果显示,在掘进头风流场中有两处涡流区域,一处位于掘进机前、中部,一处位于掘进机右侧后部.涡流的卷吸作用会导致这两处有明显的粉尘聚集,非常靠近掘进司机的位置,影响范围分别近似为1 m×3 m与0.8m×1.5m的矩形区域,最高浓度约为500 mg/m3.同时还研究了通风量对风流场涡流区域粉尘聚集区域的影响,对比发现增大通风量可有效减小粉尘聚集区域的浓度.     

综掘工作面粉尘运移沉降规律及三压带分段注水降尘技术

针对永定庄煤业综掘工作面粉尘治理难的问题,利用欧拉-拉格朗日法,通过数值模拟方法研究Ⅱ1084风巷掘进工作面在生产过程中的粉尘沉降运移规律。根据现场注水实验表明,在注水实验孔1.5 m内,煤层含水量平均增长大于1.5%,因此可设定1.5 m为注水有效湿润半径。通过煤层三压带分段注水和高压喷雾综合降尘措施后,工作面回风侧15 m的总粉尘浓度达到了43.2 mg/m³,呼吸性粉尘浓度达到了8.2 mg/m³。     

大断面综掘岩巷控尘工艺的试验研究

控尘工艺是掘进工作面采用通风除尘进行粉尘治理的瓶颈技术。在掘进巷道控尘实验平台上,使用EBH450掘进机真实截割,对4种控尘工艺进行了试验研究。通过测量4种控尘工艺下巷道内的风流分布及粉尘浓度分布,分析了掘进设备对巷道风流的影响,得出分风量为40%的压风分风控尘效果最佳,司机处的粉尘浓度约为22 mg/m~3。     

综掘面尘源动态变化下粉尘场优化的风流调控研究

针对综掘面风流状态不能实时动态变化及粉尘源位置不断移动导致巷道粉尘聚集严重等问题,设计了风流调控下粉尘场模拟的正交试验方案,采用FLUENT软件模拟分析了尘源动态变化下风流调控参数对粉尘浓度分布影响规律,并运用极差分析法分析了风筒出风口口径、水平偏转角度、垂直偏转角度三个影响因素的显著性,确定了粉尘场优化分布的风流调控方案。对柠条塔矿S1212胶运巷道出风口距迎头5m和10m时的风流调控进行实际测试得出：回风侧行人呼吸带高度平均粉尘浓度分别降低33.4%和34.3%,掘进司机处粉尘浓度分别降低45.3%和40.4%,结果表明,根据实际需求建立出风口风流调控方案,对出风口风流状态进行调控可以优化粉尘场分布,降低粉尘浓度,改善通风环境。     

综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果分析

为了确定综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了压风口与工作面不同距离时风流与粉尘流场运移规律,结果表明：压风气幕的形成主要由压风涡流风流场与工作面距离决定,若涡流风流场与工作面距离大于抽风口与工作面距离,可在压风口与抽风口间形成风流方向均指向工作面的压风气幕,压风口与工作面距离越大,涡流风流场与工作面距离越大,越利于形成压风气幕;数值模拟确定了50 mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离随压风口与工作面距离变化的数学关系式;现场实测也显示,压风气幕阻尘效果明显,压风口距工作面30 m时,形成的压风气幕使距工作面10 m断面测点的粉尘浓度降至19.2 mg/m3,有效提高了除尘风机抽尘量,降低了现场粉尘浓度。     

综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟研究

为了解决综掘工作面粉尘浓度严重超标,严重威胁着井下工作人员的健康与安全问题。以玉华煤矿2410综掘面为研究背景,在压抽混合式通风的基础上,运用风幕控尘技术,构建了风幕控尘除尘系统。运用数值模拟和现场实测的方法对工作面风幕控尘除尘系统的粉尘场进行分析,应用FLUENT软件数值模拟压风口位置及风幕射流角度对该系统除尘效果的影响。分析结果表明,根据综掘面实际情况,确定该系统在压风口距迎头面15 m、风幕射流角为5°时,风幕后方工作区呼吸带粉尘平均浓度为23.84 mg/m~3,系统除尘效果最佳,除尘效率提高了91%,作业人员环境明显改善。     

基于旋流分风作用的综掘面综合除尘技术研究及应用

为了改善煤矿综掘面粉尘治理状况,以长压短抽式通风除尘系统控制粉尘运移和扩散,并充分利用附壁风筒的旋流分风作用降低高速压风射流对迎头风流场的破坏和对粉尘的扰动,改善迎头风流场分布,并在司机前方形成风幕,将高浓度粉尘封堵在迎头区域,同时结合气水喷雾和除尘风机进行粉尘的沉降和净化处理。利用CFD软件建立巷道模型,并对不同条件下掘进作业中粉尘运移和空间分布情况进行模拟解算,分析高浓度粉尘的分布和运移规律,调整除尘装置的布置。实测数据显示,全尘及呼吸性粉尘降尘效率均达到了90%以上。     

电荷感应式粉尘浓度检测技术

针对目前常见的光学式粉尘浓度传感器中存在维护频繁、结构复杂等缺点,基于粉尘的静电特性,研发了一种电荷感应法粉尘浓度传感器。阐述了电荷电感应法的基本原理,并借助实验对其基本原理进行了验证,且通过实验证明了粉尘浓度与感应所得信号的波动性呈正相关关系;简述了感应式粉尘浓度传感器的软硬件设计。通过实验室实验和煤矿井下现场工业试验,证明了电荷感应式粉尘浓度传感器具有较高的检测精度,实验室检测误差低于10%,并且使用中传感器基本免维护。     

大采高综采工作面负压除尘微雾净化装置应用研究

综采工作面一直以来都是煤矿粉尘治理的重点场所，为解决大采高综采工作面采煤机滚筒割煤及液压支架降柱移架过程中产生的大量细微粉尘扩散到采场上部空间形成的高位浮游粉尘，改善工作面粉尘污染问题，创新提出了一种集支架顶梁抽尘净化与风送微雾除尘新方法。通过建立高度仿真的三维实体模型，采用数值模拟与井下测试相结合的方法详细分析了负压除尘微雾净化技术在不同处理风量下对工作面风流场、粉尘场的运移分布影响规律，得出其风量为120 m³/min、布置间距为35 m时，对工作面浮游粉尘沉降效果最为显著。并以此关键参数为依据，自主研制了集动力抽尘与微雾除尘于一体的净化除尘装置。通过自主搭建除尘器性能测试实验系统对研制的除尘装置进行除尘性能测试，结果表明：该装置对总粉尘、呼吸性粉尘的平均降尘效率分别达到98.31%、95.29%。最后通过在国家能源集团神东补连塔煤矿22408大采高综采工作面现场应用表明，应用该装置后工作面总粉尘降尘效率超过80%,呼吸性粉尘降尘效率超过70%,工作面人行区人员呼吸带总粉尘质量浓度降低到15.3 mg/m³以下，呼吸性粉尘质量浓度降低到1...