基于喷嘴雾化参数的采掘工作面喷雾压力优化实验研究

为了对矿井采掘工作面喷雾压力进行优选,选择了4类矿井常用雾化喷嘴,对4类喷嘴在不同喷雾压力时包括雾化角、有效射程以及耗水量在内的喷嘴宏观雾化参数和雾滴粒径大小进行了测定,得出了喷嘴喷雾压力与喷嘴宏观雾化特性、雾滴粒径大小之间的关系,并以此为依据得出了采煤机和综掘机内喷雾压力应为2MPa,外喷雾压力应为4MPa,综放工作面放煤、移架、转载点、回风巷和综掘工作面转载点喷雾压力应为8MPa。现场应用表明,对采掘工作面喷雾压力进行优化后,综放工作面和综掘工作面降尘效果显著。     

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

司马煤业有限公司掘进机外喷雾喷嘴雾化特性及降尘性能研究

为掌握山西潞安司马煤矿综掘工作面掘进机外喷雾喷嘴的雾化及降尘性能,利用自行设计搭建的喷雾性能测试平台,对当前掘进机外喷雾喷嘴在不同工况下的雾化特性及降尘效率进行试验研究.研究结果表明:喷嘴的水流量随着供水压力的增大而增大,且不同压力范围内水流量变化幅度不同;喷嘴的雾化角及射程随着供水压力的增大表现出逐渐增大的趋势,喷嘴雾化角变化幅度较小,射程变化较大;随着供水压力的增加,雾滴粒径逐渐减小,雾滴粒径大小约在100μm;同时,喷嘴降尘效率随供水压力增加表现出逐渐增大的规律.综合考虑各种因素,得到该喷嘴的最适供水压力为1.5 MPa,此时喷嘴降尘的全尘效率为73.34％,呼尘效率为52.82％.     

旋涡离心混合式喷嘴雾化特性实验研究

为提高旋涡离心混合式喷嘴工况场所降尘效果,基于现有的喷雾降尘模拟实验系统,采用实验手段系统研究了该喷嘴雾化场中的雾滴粒径的空间分布以及雾化参数的各影响因素。研究表明:在喷嘴轴线方向,因距喷嘴距离的增加,雾滴粒径不断增大;在距喷嘴一定距离纵断面方向上,雾滴粒径由外向内逐渐减小,但减小幅度较缓慢;由于供水压力的增加,喷嘴流量逐渐加大,雾滴粒径不断减小。在相同的供水压力下,喷嘴流量因喷嘴直径的增加不断增大;喷雾场中的雾滴粒径随着喷嘴直径的增加也逐渐增大,且增幅较大。在相同供水量条件下,由于喷嘴直径的增加,喷雾压力逐渐减小,雾滴粒径逐渐增大。     

不同喷雾压力下雾化场气液两相流数值仿真

为解决煤矿喷雾降尘效率低和喷雾用水量大易造成巷道水害问题,依据气液两相流理论,应用Fluent软件对雾滴在不同喷嘴压力作用下粒径分布和运移规律进行数值模拟,得到雾粒浓度和粒径分布情况。研究表明:喷雾压力影响雾粒的分布范围。压力过大,雾粒在巷道内的分布面积逐渐减小。同一喷嘴压力下雾粒粒径分布不均匀,在横截面上呈现中间粒径小,两边粒径大的规律。当喷雾压力为3 MPa时,雾粒的分布利于降尘且距喷嘴2.8 m处雾化效果最好。     

大采高综采面液压支架喷雾降尘方法改进与应用

针对大采高综采工作面粉尘污染严重的问题,基于相位多普勒激光干涉仪PDI200MD的雾化特性试验,分别测定6种喷雾降尘常用喷嘴在8 MPa喷雾压力下的宏观雾化特性,以及1.2 m/s扰动风流下的雾滴粒径分布,并根据试验结果设计了文丘里负压喷雾器以及液压支架喷雾降尘方法,最后通过现场粉尘浓度测定考察其应用效果。结果表明:孔径为2.2 mm的含X形导流芯混合式广角实心圆锥形喷嘴的雾化特性最佳,其在8 MPa喷射压力下,雾化角为73.5°,有效射程为5.3 m,流量为7.05 L/min;在1.2 m/s扰动风流影响下,特征粒径D_(0.5)、Sauter平均粒径D_(32)以及Herdan平均粒径D_(43)分别为38.541、33.951、41.162μm,雾滴轴向速度为26.415~57.468 m/s。液压支架喷雾降尘方法应用后,工作面采样点的总尘及呼尘浓度较传统喷雾降尘方法均出现明显降低,其平均总尘降尘率为86.4%,平均呼尘降尘率为82.5%。     

综掘工作面外喷雾喷嘴布置方式数值模拟研究

针对综掘工作面湿式除尘系统截割部外喷雾喷嘴间喷雾连续性差的问题，对喷嘴布置方式进行了数值模拟研究。首先，通过构建气液两相数学模型，推导出雾滴的速度分布与受力状态；然后构建综掘巷道几何模型，基于流体动力学分析软件Fluent对巷道内风雾耦合流场的雾滴状态的数值模拟，研究了喷嘴数量与喷嘴位置对雾滴物理特性的影响。结果表明：喷嘴数变化对小粒径的雾滴在巷道内的分布影响很小，其主要分布在巷道壁面与喷嘴位置附近；随喷嘴数量增加，大粒径雾滴数量明显增多，但各喷嘴的动能减小，扩散距离缩短；喷雾架上端喷嘴间距为80 mm时形成了更均匀、更致密的圆弧状喷雾屏障，喷雾架拐角处喷嘴呈直角状布置雾化均匀性最好，间距为110 mm时有雾滴分布最优。     

超音速喷嘴与传统喷嘴喷雾对比分析

在分析喷嘴喷雾机理的基础上,确定了超音速喷嘴的结构参数,采用数值模拟方法分析了基于拉瓦尔效应的气水超音速喷嘴与传统压力旋流喷嘴的喷雾性能。结果表明,在喷雾外流场中,超音速喷嘴雾滴颗粒速度与扩散角都要大于传统压力旋流喷嘴;同一喷雾截面,超音速喷嘴的雾滴颗粒直径上小于压力旋流喷嘴,随喷雾距离的增加两种喷嘴的雾滴粒径均呈现增大的趋势。超音速喷嘴的雾化性能优于传统压力旋流喷嘴。     

旋流芯式喷嘴喷雾降尘数值模拟与现场应用

以燕子山矿8204工作面采用旋流芯式喷嘴喷雾除尘为对象,研究了压力水在喷嘴内部的流动状态和喷嘴喷雾扩散规律及工作面喷雾压力、流量对喷雾降尘效率的影响。旋流芯体是否开槽口会直接影响喷嘴的喷雾效果。旋流芯无槽口的喷嘴喷雾扩散角大、雾化效果好,但是喷雾射程短,对水质要求高。旋流芯开槽口的喷嘴喷雾射程大、抗污染性更强,但是喷雾扩散角较小。喷嘴的口径越大,喷雾扩散角越大,建立了喷雾喷嘴口径与喷嘴喷雾扩散角度的关系式。现场实践表明,使用设计后的喷嘴喷雾降尘平均降尘率达68.95%～75%,提高了降尘效率。     

高压喷雾雾化特性及降尘效率实验研究

为了研究喷嘴的雾化特性和高压喷雾降尘效果,在模拟井下巷道降尘装置性能实验平台上开展了喷雾降尘实验.利用Spraytec马尔文粒径分析仪对孔径为1.0 mm的压力型雾化喷嘴进行了5种不同压力下的雾化粒径测量实验,得到了该喷嘴在不同压力下的雾滴粒径数据;通过对巷道喷雾段前断面和喷雾段后断面的粉尘浓度同步测量,得到了不同喷雾压力下喷雾降尘效率数据.实验结果表明:对于该型号的喷嘴,随着喷雾压力增加,喷嘴流量增加,雾化粒径减小,当压力达到一定值后,继续增加喷雾压力,雾粒减小的幅度减缓;在风速和发尘浓度一定时,全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着压力的增加而增加,达到一定的压力值后增加的幅度减小;对于孔径为1.0 mm的喷嘴,降尘效果最佳的喷雾压力为8 MPa.     

综放工作面采煤机喷雾控尘技术研究与应用

以羊场湾煤矿150201综放工作面为工程背景,通过对采煤机喷雾控尘风流场变化分析,建立了喷雾控尘数学模型,计算得出控尘喷雾角度及喷嘴数量,并结合采煤机结构,设计了适应该类条件的扇形雾幕控尘装置,实现了采煤机滚筒割煤扇形雾幕控尘,可有效解决割煤粉尘扩散污染问题;通过实验室测试及现场应用表明:扇形雾幕控尘装置在喷雾压力6～...     

综放工作面产尘分布规律及综合治理技术

为解决综放工作面粉尘污染问题，文章以王家岭20106综放工作面为工程背景，通过现场实测方法对工作面割煤产尘特性及粉尘浓度分布规律进行了分析，提出了以尘源跟踪系统为依托、静压喷雾与高压喷雾相结合的治理措施，形成了一套由多个针对性防尘子系统组合而成的综放面智能联控高效喷雾降尘系统，并对工作面各点产尘进行有效治理。应用表明：经综合治理，采煤机司机及降柱移架作业人员处综合降尘效率达到90%以上，进回两巷粉尘浓度控制在20mg/m左右，效果显著，可有效缓解工作面粉尘污染问题。     

综采工作面防治强爆炸性煤尘技术研究及应用

以强爆炸性煤尘综采工作面为研究对象,通过采用浅孔煤层注水、深孔煤层注水、采煤机尘源跟踪系统、采煤机内外喷雾、采煤机高压水射流喷雾等综合防尘技术,有效降低了综采工作面的煤尘浓度,降低了煤尘爆炸危险性,对工作面安全生产发挥了重要作用。     

采煤工作面综合防尘技术应用

煤矿采煤工作面生产时矿尘浓度较大,既容易使现场职工患硅肺病,也容易引发煤尘爆炸,为此,正利煤矿研究应用了采煤机喷雾、支架喷雾、负压诱导除尘、高效降尘剂、工作面自动喷雾、矿尘浓度检测仪器、新型矿用干式矿尘降尘装备等综合防尘技术。实际使用结果表明上述综合防尘技术的应用,使得采煤工作面的矿尘浓度降低了90%以上,防尘效果明显,促进了矿井防尘工作的开展。     

综采面采煤机割煤粉尘运移规律及降尘技术

为了减少小纪汗煤矿11219综采工作面采煤机割煤粉尘浓度,结合综采工作面粉尘参数,通过对粉尘运移规律进行数值模拟,研究工作面风流粉尘分布情况,并采取降尘技术措施。研究表明:在采煤机附近及其下风侧5~20m的位置粉尘浓度达到最大,在8MPa压力下GSCM-1和GSCM-2型喷雾负压降尘效果最佳。     

综采工作面新型风助喷雾降尘装置研制及应用

以平山煤矿31016工作面为研究背景,针对该工作面粉尘浓度较大,普通喷雾降尘装置无法有效降低粉尘浓度等问题,研制出一种新型液压支架风力负压喷雾降尘装置和采煤机湿式喷雾降尘器。通过数值模拟以及现场试验,该装置能够促使喷雾范围有效扩大,喷雾浓度明显上升,综采工作面粉尘浓度得到有效控制,平均降尘率最终达到85%以上。     

急倾斜综放工作面不同工序产尘规律的数值模拟及应用

为了掌握急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤等不同工序作业时粉尘浓度的分布及变化规律,获取合理的通风除尘设计参数,基于气固两相耦合模型,以急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤三大尘源的粉尘运动为研究对象,根据干粉粒度仪的测定结果设定各尘源参数,运用Fluent对各尘源的产尘浓度分布规律和工作面三维空间风速场进行数值模拟,并与现场实测的粉尘浓度相对比。结果表明：数值模拟与实测数据基本吻合;倾角大的工作面粉尘顺风飘移的距离比缓倾斜工作面更远;模拟结果表明在通风除尘设计中,最优排尘风速以2.6 m/s左右最为合适,采煤机司机处粉尘浓度约650 mg/m3,采煤机下风侧20 m粉尘浓度降至300 mg/m3以内;在液压支架安装侧吸式引射喷雾除尘器,并结合放煤板喷嘴喷雾,可明显提高放煤时的降尘率。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

大采高综采工作面综合防尘技术实践

为解决大采高工作面粉尘大的问题,长平矿4311大采高综采工作面试验静动压结合煤层注水技术、红外追机喷雾、采煤机远程雾流降尘、粉尘浓度超限自动喷雾、除尘室等综合防尘措施,有效解决了大采高工作面粉尘大的问题,改善了工人的作业环境。     

大倾角综放工作面风流场及粉尘场的数值模拟

基于气固两相流动理论,结合大倾角综放工作面的实际特点,建立了大倾角综放工作面仿真模型。以采煤机割煤过程中的粉尘运动为研究对象,利用Fluent软件解算得到风流场、速度场和粉尘浓度场模拟结果:大倾角综放工作面倾角大,风流紊乱,风速较大,粉尘所受到的空气浮力大于粉尘自身重力,在采煤工作面漂移的时间延长,大量粉尘会随工作面主导风流向下风侧扩散,且其扩散的距离和对下风侧的影响范围大于近水平煤层或缓倾斜煤层。