综掘工作面压风分流控除尘技术研究与应用

为解决综掘工作面粉尘污染问题,掌握工作面长压通风分流控尘与短抽除尘参数最佳匹配关系,实现最大程度降低工作面粉尘浓度。本文以王家岭煤矿高产尘综掘工作面为研究背景,通过建立CFD计算模型,对比研究综掘工作面不同轴径向出风比的控尘效果,得到有效控尘参数范围,再结合现场实际应用进行验证分析,以此得到最佳控除尘工艺匹配参数。研究结果表明:在增加附壁风筒控尘后,在掘进机尾部形成沿巷道壁螺旋前进的新鲜风流透明风墙,能够将粉尘控制在工作面前部区域;在轴径向出风比为1∶3时,粉尘被控制在前部4 m范围内较小区域,并能满足掘进工作面最低风速要求,对掘进工作面前部粉尘控制作用明显。通过现场对比应用,当轴径向出风比为1∶3时,控降尘效果最佳,司机位置与掘进机尾5 m的总粉尘和呼吸性粉尘浓度可分别降低到26.1 mg/m3和12.7 mg/m3以内,其中控尘效率达到80%以上,总体控降尘效率达93%以上,降尘效果明显,有效缓解综掘工作面粉尘污染,减少了职业危害。     

综掘工作面压风分流控除尘技术研究与应用

为解决快速掘锚工作面的粉尘污染问题,以寸草塔煤矿22120工作面运输巷快速掘锚工作面为研究对象,通过FLUNET软件建立数值模拟模型,研究并优化控风、抽风风量的匹配关系,并结合现场实际应用进行验证,得到合适的掘锚工作面配套方式及最优工艺参数。研究结果表明：将除尘器安设于掘锚机顶部,并采用“附壁风筒+挡尘帘”进行控风除尘的工艺配套方式,掘锚工作面的粉尘质量浓度得到显著降低;当除尘器抽出风量为405 m³/min(即抽压风量比为0.9)时,工作面降尘效果明显,呼吸性粉尘的降尘效率达到95%以上,极大改善了掘锚工作面的作业环境。

     

综掘工作面控风除尘技术数值模拟研究及应用

以东城煤矿综掘工作面为研究对象,根据现场条件建立了几何模型,通过FLUENT对东城煤矿控风除尘系统的关键参数进行了数值模拟研究,分别对不同控风装置出口风量和供风风筒迎头出口风量比,以及布置不同组数控风装置条件下的工作面控尘效果进行模拟研究,得到了最佳的控风装置技术参数,并进行了现场应用。结果表明:当工作面控风装置出口风量和供风风筒迎头出口风量比为5∶1,工作面布置2组控风装置时,工作面控尘效果最佳,掘进机司机处的实测粉尘浓度由1 590 mg/m~3降低到220 mg/m~3,降尘效率达到了85%以上,取得了较好的降尘效果。     

长压短抽除尘系统不同因素变化对粉尘运移影响的模拟研究

为了解长压短抽通风除尘系统中压抽风量比、压风风筒出风口与迎头距离变化、控尘装置的轴径向出风比、供风侧控尘对掘进巷道粉尘运移变化的影响,通过FLUNET软件进行模拟计算,得到不同影响因素下巷道内粉尘运移范围变化情况,拟定通风控、除尘方案,并通过现场实测粉尘浓度进行验证。结果表明:在无控尘条件下,压抽风量比、压风出风口距离对司机位置断面粉尘浓度影响多变,掘机后方含尘区域面积较大,不利于除尘;有控尘条件下,压风风筒距离迎头10 m、15 m的合适压抽风量比分别为0.8、1.2,距离为12.5 m时,压抽风量比变化司机位置断面粉尘浓度变化较小;控尘装置轴径向出风比为1:2时,司机位置及掘机后方区域粉尘控制效果最好。     

综掘工作面通风控尘参数匹配关系研究及应用

针对综掘工作面产尘量大,降尘效率不佳等问题,基于气固两相流原理、流体力学,研究长压短抽分流压风除尘系统的最佳匹配参数。以羊场湾Ⅱ020605综掘面为研究背景,采用FLUENT数值模拟软件,研究长压短抽分流控尘时巷道内部粉尘分布和运移规律,对比分析了轴径向压风比、附壁风筒位置、整流风筒位置对粉尘运移规律的影响。研究发现:羊场湾Ⅱ020605综掘面,在轴径向压风比为1∶3,附壁风筒距迎头11~13 m,整流风筒距迎头6~8 m时,能够有效地控制粉尘扩散,极大降低巷道粉尘质量浓度,综合降尘效率超过92%,保证了作业人员的工作环境质量。     

煤矿综掘工作面控风除尘技术分析与应用

在综掘工作面采用控风技术控制迎头供风量,合理确定防尘器吸风量及安设位置,并利用开口器在巷道纵向形成一道风墙,可有效杜绝了含尘风流外溢,最大限度将掘进产生的粉尘通过除尘器进行降尘,有效解决粉尘对作业人员特别是综掘司机的危害。     

锚喷工作面粉尘治理试验研究

针对煤矿井下锚喷工作面的产尘特点,采用涡流控尘、控尘罩控尘与湿式除尘器除尘相结合的综合粉尘治理技术,分别对喷射机喷射产尘区和喷射机机身产尘区的降尘技术进行了试验研究并优化了相关技术参数和结构参数,最后通过模拟煤矿井下锚喷工作面锚喷作业时的工作情况对喷射产尘区和喷射机机身产尘区的降尘效率进行了试验。结果表明:采用综合粉尘治理技术后,喷射产尘区降尘效率达到98.4%,喷射机机身产尘区的降尘效率达到98.1%,极大降低了锚喷工作面的粉尘危害。     

潮式喷射机控尘关键因素研究及应用

煤矿锚喷作业时,粉尘浓度较高,危害极大。以潮式混凝土喷射机喷浆作业为例,对喷射机不同工况下的工作风压、跑风量和跑灰率进行了实验研究,结果表明:工作风压、跑风量和跑灰率都与喷射机的输送距离成正比,跑灰率与物料含水率成反比,而跑风量与含水率无直接关系。通过实验得到了喷射机控尘所需的最佳控尘风量和负压,在此基础上设计的喷射机控除尘装置使喷射机机身周围总粉尘浓度降到6 mg/m~3以下,降尘效率达到99%以上。     

综掘面附壁风筒的优化设计与应用

为提高综掘面附壁风筒分风控尘的效果,采用文献研究法,分析得出影响附壁风筒的设计因素,并据此进行了优化设计。采用数值模拟与现场实测的方法,对优化设计的合理性进行了验证分析。数值模拟表明:轴径向出风比为1∶3、距工作面15 m时,优化后的附壁风筒可形成厚度为1.9 m的控尘风幕,司机位置粉尘浓度从1 170 mg/m3降低到125 mg/m3。现场应用表明:应用优化后的附壁风筒,司机处总尘、呼尘平均降尘效率分别提高了24.7%、26.9%,工作环境显著改善。     

综掘工作面通风条件对径向旋流风幕阻尘效果的影响北大核心

为了提高综掘工作面径向旋流风幕阻尘效率,降低高浓度粉尘对人员作业区域污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了通风条件对径向旋流风幕阻尘的影响规律。结果表明:随着风幕与工作面距离增加,风幕装置径向风量增大、通风系统压抽比减小,径向旋流风幕运移过程中更易于转化为风量与风速分布均匀的轴向阻尘流场,粉尘污染程度随之降低。拟合了高浓度粉尘扩散距离与各通风条件间的定量关系,结合实际生产条件,确定了径向旋流风幕阻尘较优通风条件为风幕距工作面30 m,风幕装置径向风量为270 m3/min以及通风系统压抽比为0.8。通过对模拟结果进行工程实测,验证了数值模拟的有效性,掘进司机断面粉尘浓度降至35.5 mg/m3,风幕阻尘效率达到了90.5%。     

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。     

干式除尘器在煤矿岩巷综掘工作面的研究与应用

为提高底抽巷施工进度,顺和煤矿引进悬臂式掘进机进行岩巷掘进。由于综合机械化水平的提高,割岩过程中产尘量随之增加。通过比较,干式除尘风机较湿式除尘风机优点:①能源消耗;②操作简单维护方便;③除尘效率高并且效果稳定;④环境舒适;⑤文明卫生。根据使用地点供风量,选择KCG-600D型干式除尘设备。除尘风机除尘效率低的原因:①工作面压风量大于吸风量,风量不匹配,造成部分含尘风流混入回风流,污染巷道环境;②迎面墙风速过高,除尘风机吸尘时间短,不利于除尘风机有效工作。将压风风筒距离工作面保证在15～19 m,除尘风机风筒吸风口距离工作面5～6 m,除尘风机吸尘口向巷道中部,口微微向下,前0.3 m不用吊挂让其自然下垂。在保证工作面风量充足的情况下,合理设置"长压短抽"通风距离,降低工作面风速,含尘气流绝大多数进入除尘风机,得到有效净化。     

长岭一号井综掘工作面控除尘技术

通过分析,将风流在风筒出口至综掘工作面区域分为射流区、回流区及涡流区,结合长岭一号井152101轨道巷综掘面产尘特性及粉尘防治的现状,设计采用附壁风筒控尘与除尘器抽尘净化相结合的综合降尘工艺,使综掘面生产时总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到90%及80%以上,综掘面的作业环境得以大大改善,保障了职工的身体健康和矿井的施工安全。     

综掘工作面不同截割方式下的最佳风场调控规则

针对目前综掘工作面局部通风方式下,出风口风流状态不能根据实际通风需求进行动态变化,造成巷道内粉尘与瓦斯聚集严重问题,通过最佳风场调控规则分析,以求有效降低粉尘质量浓度和瓦斯体积分数。采用正交试验及流场模拟实验方法分析不同截割方式下风流参数变化对风速、瓦斯及粉尘场分布影响规律,获取大量样本数据,建立风场调控参数与风速、瓦斯及粉尘质量浓度关联关系的初始化决策信息系统,并对其进行K-means算法离散化合并规约处理,建立离散化决策信息系统。基于粒计算和Matlab软件编写了风场调控规则获取的智能算法和参数化程序。利用风场调控规则获取方法和参数化程序分析并建立了陕西神木柠条塔矿S1212胶运巷道综掘工作面的最佳风场调控规则,并利用自主研制的风流调控装置进行了井下测试验证。结果表明:经使用最佳风场调控规则后,巷道内风速在0.25～4.00 m/s及死角区域瓦斯体积分数低于1%的前提下,出风口距掘进工作面最近距离5 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低43%,司机处粉尘质量浓度最高降低38%;出风口距掘进工作面最远距离10 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低15%,司机处粉尘质量浓度最高降低37%。     

炮掘工作面粉尘防治技术研究

针对炮掘工作面粉尘污染严重的问题,分析研究了炮掘工作面产尘规律及含尘气流时空演化规律,得出炮掘作业最优排尘风速为0.30~0.40 m/s,并结合彝良许家院煤矿4301炮掘工作面的产尘特点和风速条件,提出采用高效水炮泥、高压喷雾降尘及粉尘质量浓度超限喷雾降尘等综合防尘措施,从源头对粉尘进行控制和治理,同时切断粉尘扩散途径,综合降尘效率达到85%以上,取得了较好的降尘效果。     

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。     

液动除尘器与掘进机配套理论及应用研究

为更好地治理煤矿井下综掘面的粉尘危害,提出了"液动除尘器与掘进机一体化配套机载降尘"理论,并对配套系统的液动除尘器动力来源、除尘机理、吸尘罩口距掘进工作面的合理距离、排放口距供风装置出风口的合理距离、配套系统适应于掘进面巷道的供风量等进行了理论分析。现场应用表明,由于液动除尘器体积较小、质量较轻,实现了掘进机机载随机移动;掘进机能提供满足液动除尘器正常工作所需要的高压油流量及油压,通过调节高压油流量,实现了除尘器的无级调速功能;配套降尘系统运转可靠,除尘效率达到90.1%,取得了良好的降尘效果。     

大采高综采工作面粉尘运移分布规律及机载除尘器关键工艺参数研究

为了更详细了解大采高工作面分区尘源粉尘运移分布规律,以补连塔煤矿12511综采工作面为研究对象,利用流体力学CFD软件对8 m大采高综采工作面粉尘运移分布规律进行数值模拟研究。结果表明：由垮落煤层产生的粉尘在风流的作用下向采煤机后方扩散,高浓度粉尘团运动最高点可达5 m,且沿程粉尘质量浓度逐渐降低。高浓度粉尘团主要集中在采煤机前后10 m范围及底板靠挡煤板一侧,最高粉尘质量浓度可达3 500 mg/m³。为了有效降低工作面粉尘质量浓度,防止污染井下工作环境,提出在大采高工作面安装机载除尘器的方法来控制尘源处粉尘向人行侧扩散,达到净化作业场所的目的。通过研究除尘器吸尘口位置、处理风量对工作面粉尘运移分布规律及降尘效果的影响,得出大采高工作面最优降尘效率的吸尘口位置及处理风量适配组合,最大降尘效率可达到99.9%。     

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。