煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究

为分析煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率,借助流体力学、多相流及气溶胶等相关理论,对气水喷雾雾化特性与喷雾降尘效率进行了全面的理论研究。根据流体力学与多相流相关理论,建立了求解空气雾化喷嘴气、液质量流量的完整方程组,并给出了雾化粒径和雾滴速度的计算公式;通过建立煤矿井下气水喷雾降尘数学模型,推导出分级效率的理论计算式,并采用Origin软件绘制出分级效率与供气流量、供水流量及粉尘粒径的关系曲线;同时,结合粉尘粒径和频率分布式,建立了全尘降尘效率与呼吸性粉尘降尘效率的理论计算式,并分析了粉尘中位径及粒径分布指数对降尘效率的影响。     

唐一窿煤矿通风阻力测定与分析

为掌握唐一窿煤矿通风阻力分布情况,采用气压计基点法进行实测,并对该矿井通风系统进行了综合整体分析。     

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

表面活性剂复配对煤尘润湿性能影响

为研究阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配对煤的润湿性影响,以褐煤和焦煤为研究对象,选取十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和月桂基葡萄糖苷(C12APG)为复配活性剂,通过测量不同浓度溶液表面张力、接触角以及反渗透实验,分析得出2种表面活性剂复配最佳配比和煤尘润湿性能影响因素.结果表明:十二烷基苯磺酸钠的最佳质量分数为0.005%,月桂基葡萄糖苷的最佳质量分数为0.050%;通过3种实验得出最佳配比为SDBS︰C12APG为3︰2;表面活性剂复配后的润湿效果优于单体的表面活性剂;通过接触角实验发现,褐煤的接触角小于焦煤,褐煤的润湿性优于焦煤.     

综掘面长压短抽通风合理压抽比仿真及研究

为了确定合理压抽流量比β,采用长压短抽式通风对综掘面进行有效控尘,利用Fluent计算流体力学(CFD)软件,对不同压抽流量比β下综掘面风流流场及粉尘扩散分布进行讨论研究。结果表明:随着增大与掘进面之间的距离,粉尘浓度逐渐下降,到距离掘进面18,20 m时,粉尘平均浓度只有20 mg/m~3。由此可见,长压短抽式通风能够有效对巷道进行降尘。当压抽流量比小于0.8时,能够较好地将粉尘控制在产尘面前端5 m范围内,阻止粉尘向司机工作区域及其后方扩散;当压抽流量比控制在1.0～1.2之间时,控尘效果最佳。     

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。     

X旋流压力喷嘴雾化锥角实验研究

为研究X旋流压力喷嘴的性能和参数,基于自行设计的喷雾实验系统,采用高速摄像仪成像方法,设计了5种不同喷嘴直径分别对应8种不同喷嘴供水压强的喷雾实验。实验结果表明:当X旋流压力喷嘴直径小于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的上升而上升;当喷嘴直径大于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的增加而减小;在相同供水压强下,喷雾雾化锥角随着喷嘴直径的增大而增大,且增大的幅度随着直径的增大而减小。     

煤尘润湿性能与粒径关系的实验研究

为深入研究不同粒径煤的润湿性,采用接触角测量、沉降实验和反渗透测定的方法,对5种粒径的无烟煤进行系统的实验研究.结果表明:(1)煤与液体的接触角随煤粒径的增大而减小;(2)影响煤尘在液体中沉降时间的主要因素是煤尘的粒径,煤尘粒径越小沉降的速度越慢;(3)煤尘的反向渗透速度与煤尘的粒径是正相关的,反向渗透速度越快的必要条件为煤尘的粒径较大;(4)煤在机械破碎后,不同粒径煤尘的亲水性不同,即煤尘的润湿性在煤尘的粒径不同时表现不同,粒径较大的煤尘润湿性好,粒径越小的煤尘润湿性越差.     

出口直径对压力旋流喷嘴雾化特性的影响

为了掌握喷嘴出口直径对压力旋流喷嘴雾化特性的影响规律,采用数值模拟的方法进行仿真研究。研究结果表明:在同等入射压力下,喷嘴直径较大时,雾滴粒径D32和速度也相对较大;喷嘴直径较小时,颗粒之间的碰撞相对较大,当其直径变化时对粒径分布影响较大,而当直径较大时,其直径变化对其粒径分布影响较小,雾化效果区别不明显。在实际工况中和对环境有益的情况下,在煤矿喷雾降尘的时候,应该选用直径为1.2 mm的喷嘴进行喷雾降尘。