基于响应曲面法煤矿粉尘浓度测量装置优化研究

为提高基于静电感应原理测量粉尘浓度的感应电荷量,在入口直径一定的条件下,以收缩段长度、喉道段长度、喉道段直径和扩散段长度为设计变量,以感应电荷量为响应变量,研究使感应电荷量最大值时的测量装置结构,利用流体力学软件Fluent6.3对不同结构尺寸的测量装置内部流场进行数值模拟,并基于响应曲面法、利用统计软件Design-Expert,得到了测量装置的喉道段直径和喉道段长度对感应电荷量有显著影响,并得出使感应电荷量最大值的测量装置的结构尺寸;分析了不同粒径的粉尘对改进前测量装置感应电荷量的影响:粒径小时感应电荷量小;分析了不同粒径的粉尘对改进后测量装置的影响:粒径不同,得出的最优的测量装置结构尺寸也不同;通过对比分析,不同粒径的粉尘,改进后的测量装置感应电荷量均提高15%以上,并且在粒径小时改进效果更明显。     

煤尘运移中气-粒两相流动的CFD数值模拟

在煤矿喷雾降尘中,把握煤尘运移的规律对提高煤矿降尘效率有着重要的作用。应用FLUENT软件,对不同风速下的模拟巷道内煤尘运移情况进行了数值模拟,得出粉尘浓度和粒径的分布情况,并对相应情况进行现场测试。结果表明:煤尘在产生后,运移主要发生在煤壁附近,浓度较高,大粒径粉尘沉降明显;随着风流的推移,小粒径粉尘沿工作断面向外扩散加剧,煤尘浓度沿工作面向外逐渐降低。     

煤炭粉尘颗粒起动风速影响因素及数学模型

通过风洞模拟实验及对影响煤炭颗粒起动过程主要因子的分析，推演了水分对粉尘起动的影响机理，并建立煤炭粉尘颗粒起动风速数学模型.结果表明，煤炭粉尘颗粒的起动风速不仅与粒径有关,也与水分有关.在水分较低条件下，粉尘颗粒的起动风速与粒径相关，符合Bagnold等的经典模型;在水分含量较高时，Bagnold等的经典模型不再适用于描述粉尘的起动风速规律，受水分的影响较大.水分对煤炭粉尘起动风速的影响主要有亲水效应和凝聚效应2个方面.凝聚效应的发生存在粒径阈值和含水率阈值2个临界.对煤炭粉尘颗粒，粒径阈值为180 μm，含水率阈值与粒径呈线性关系.根据煤炭粉尘颗粒的起动特征，基于经典模型和水分影响理论分析得出煤炭粉尘颗粒的起动风速的新模型.     

超声波时差法检测技术在煤矿风速测量中的应用

针对在煤矿高湿、高粉尘复杂环境下,现有矿用风速检测技术难以高精度测量低风速的情况,为实现对煤矿巷道风速0~0.3 m/s区间的高精度测量,克服传感器安装角度对风速测量精度的影响,提出将超声波时差法测风原理应用于煤矿风速测量的新方案。介绍了一种新型超声波传输时间精密测量算法,并优化了超声波立面对射探头结构和低功耗驱动方法。实验结果表明:该超声波时差法检测系统实现了对煤矿风速0~15.0 m/s的高精度测量,能够较好地满足煤矿使用要求,具有良好的经济效益。     

基于静电感应的小粒径粉尘浓度测量装置优化研究

为了解决现有煤矿粉尘浓度测量装置对小粒径粉尘浓度检测不准确的问题,基于文丘里效应与卡门涡街效应对现有测量装置的管道进行优化设计,提出了在文丘里管道的喉道段加入具有水平距离差的前气鞘与后气鞘。利用Gambit2.4软件建立改进装置的结构模型,通过Fluent6.3软件进行模型的仿真。获得粒子不同粒径下的相应速度云图,进而读取了速度值,通过MATLAB软件计算相关静电感应量。仿真结果表明:对比项目组研究的文式管,改进装置的总体静电感应量提高了12%;当粉尘粒径低于10μm时,在2种测量装置的感应电荷量对比中,小粒径粉尘所带的静电感应量最为明显,提高18%。对于设计小粒径粉尘浓度测量装置具有参考意义。     

荷电水雾振弦栅除尘效率影响因素的试验研究

针对荷电水雾振弦栅除尘效率的影响因素问题，进行了荷电水雾振弦栅除尘效率试验研究。试验通过对过滤风速、电极是否荷电、不同型式的电极、喷雾水量、粉尘粒径等条件的改变，得到了在各个试验条件下的除尘效率与喷雾水量、过滤风量、荷质比之间的关系。通过分析得出：同等工况条件，大多数情况下荷电的水雾比不荷电的水雾的除尘效率要提高0.8～2.7个百分点；在用两种极板分别试验时，不同工况下板状电极要比环状电极的除尘效率高一些；荷电水雾对微细粉尘的去除效率比不荷电的更好，但当粉尘粒径逐渐增加到10 μm时，荷电水雾与不荷电水雾的去除效率基本一致；在板状电极试验中，随着风速增加，荷电水雾与不荷电水雾除尘效率之差也逐渐增大；在环状电极试验中，则相反。      

矿用静电感应式粉尘浓度传感器的优化研究

针对目前静电感应式粉尘浓度传感器在低浓度时测量不精确的问题,利用卡门涡街与文丘里效应相结合的方法改进传感器的测量管道,提出在文丘里管道的喉道段加入一个三角柱,在两种流体力学效应的相互作用下,增加粉尘颗粒运动速度和改变运动轨迹,进而提高感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit 2.4中建立改进的试验模型,Fluent 6.3中设置气固两相流的试验参数进行仿真试验,得到粉尘颗粒的速度分布云图和运动轨迹图,利用环形静电传感器的感应电荷计算式,在MATLAB中计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:对比项目组研究的文丘里管道,改进的管道结构使感应电荷量整体提高约20%,粒径10μm以下提高约30%,从而提高了低浓度条件下粉尘浓度的测量精度。     

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。     

高压喷雾参数优化及应用研究

在分析喷雾降尘效率影响因素的基础上,深入研究了喷雾压力、喷雾密度、雾粒粒径等影响喷雾降尘效果的关键因素,并结合东林煤矿3604综采工作面产尘特点和风速条件,通过合理布置喷雾降尘系统,优化设计喷雾参数,使采煤机司机位置总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率均达93%以上,工作面作业环境得到较大改善。     

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。