采煤机机载喷雾引射除尘技术及装备的研究

针对3 m左右采高综采工作面使用采煤机喷雾控降尘措施时沿煤壁一侧运移的高浓度粉尘危害严重、机面安装电动除尘风机空间受限的问题，提出了一种利用喷雾引射作为动力进行集中抽尘净化的除尘措施，并采用测试分析的方法对喷雾引射风量、引射效率与喷管直径、喷管长度、喷嘴张角、喷雾水量、喷雾压力之间的关系进行了研究，在此基础上研制出一种高度小于300 mm的机载多管组合式喷雾引射除尘器，其抽吸风量和负压可达到200 m³/min和800 Pa以上，配合使用采煤机喷雾控降尘技术，可将采煤机逆风割煤时下风侧10 m处的呼吸性粉尘降尘效率提高至90%以上。     

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...     

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3500 mg/m^3。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%。     

某煤矿综放采空区瓦斯与火治理技术

某矿综放工作面放顶煤开采会使采空区遗留大量煤炭,采空区在采取瓦斯抽采措施时,会导致工作面风流漏入采空区,导致采空区内风流场变化,进而增加采空区自燃危险性。针对此问题,使用FLUENT数值软件建立了采空区自燃危险区仿真数值模型,计算得到工作面适宜风量为1 200 m³/min,抽采量为140 m³/min,注氮量为1 000 m³/h,确定工作面最小推进速度为2.05 m/d。经现场检验,抽采纯量为15 m³/min,风排量为4 m³/min,采空区深部CO最大值在2～23 ppm,较好地兼顾了瓦斯与火治理。     

大采高综采工作面机载除尘器设计及应用研究

为了解决大采高综采工作面采煤机截煤时因采煤机机身阻挡向支架行人侧扩散的含尘气流污染人行区域的问题,通过Fluent数值模拟软件分析了大采高综采工作面粉尘运移分布规律,根据粉尘污染现状创新设计了采煤机机载除尘器。应用结果表明,该装置对采煤机侧向人行侧扩散的含尘气流有较好的净化效果,最大降尘效率达77.1%,对改善粉尘污染情况起到了较大作用,为大采高综采工作面粉尘防治提供现实依据。     

8 m大采高综采工作面风流分布规律数值模拟

以神东补连塔煤矿8 m大采高综采面现场实际为研究背景,结合采场空间与开采设备空间配合关系,分析得到风流场影响因素以实体阻挡作用为主,并以此建立了CFD数值计算模型,揭示了大采高综采面风流场流动特性及分布规律。数值模拟表明:在采煤机作业区域前方15 m至后方30 m作业区域,风流场有明显变化,割煤侧和人行侧都存在风速先升高再降低、随后二次升高再逐渐降低直至恢复到工作面平均风速的变化趋势,在采煤机机面上方风速总体升高,并且在割煤侧距离采煤机机面越高,风速越大,同时风流主要沿顶板和煤壁流动,煤机下风侧末端达到最大风速2.2 m/s,割煤侧平均增加了67%,人行侧平均增加了33%,说明8 m大采高综采面风流遇障碍物阻挡后风流主要以纵向扩散为主,横向扩散为辅。     

压入式掘进巷道风流粉尘运移规律及最佳压风量研究

掌握巷道内风流场局部特征和粉尘运移规律是解决巷道粉尘严重污染问题的理论前提。本文运用数值模拟与现场实测相结合的方法,利用FLUENT数值模拟软件对掘进巷道单压入式通风条件下的风流流场分布及粉尘运移规律进行了研究,并通过改变压风量得到了通风控尘效果最佳压风量;最后,通过现场实测验证了模拟结果的准确性。结果表明：掘进巷道在单压入式通风条件下,风流场可分为射流区、涡流区、回流区3个区域,其中风流速度变化在流场中主要呈现为射流区风速衰减较快,涡流区风速较小,回流区风速衰减较慢;粉尘运移过程中受风流影响较大,回流侧的粉尘质量浓度高于风筒侧,质量浓度超过350 mg/m³的粉尘主要集中在掘进机前方、涡流区域及回流侧;提高风筒压风量在一定程度上可以提高通风控尘的效果,但压风量过大会造成巷道内二次扬尘,当压风量为1 400 m³/min时,控尘效果最佳。     

8m大采高综采工作面风流及呼吸尘分布规律数值模拟

针对大采高综采工作面风流及粉尘分布规律不清的问题,基于标准k-ε湍流模型和离散相模型,采用gambit软件建立了8 m大采高综采面顺、逆风割煤时的几何模型,并采用fluent软件模拟出在1.2 m/s的入口风速下巷道中风速及呼吸尘浓度分布情况。结果表明:采煤机正上方2～3 m范围形成了风速大于2 m/s的高风速区,高风速区在采煤机下风侧发生偏移,且高风速区在逆风割煤时比顺风割煤时约长30 m。采煤机机身上方1～2 m范围形成了浓度大于250mg/m3的高浓度呼吸尘区,横向扩散导致人行道3～5 m高度内呼吸尘浓度较大,且顺风割煤时影响区域更大。在采煤机下风侧呼吸带高度、呼吸尘浓度由煤壁向人行道方向减小,且顺风割煤时对人行道污染更严重。移架时产生的呼吸尘主要集中在顶部空间运移,且不易沉降。     

不同通风方式及压风量下的掘进工作面风流粉尘分布规律研究

为解不同的通风方法和压风风量对掘进工作面粉尘分布规律的影响，建立了乌东煤矿西区掘进工作面的1∶1物理模型，利用Ansys Fluent软件对压入式、混合式通风条件下的掘进工作面粉尘运移情况进行数值模拟；在混合式通风条件下改变压风量，观察粉尘扩散的规律。结果表明：压入式通风无法有效控制粉尘运移，而混合式通风的情况下粉尘得到了有效的控制；不同的压风量会产生不同的控尘效果；当压风量为150～250 m³/min时，压风量过小，导致粉尘堆积在巷道前部；而压风量为350 m³/min以上时，因为压风量过大，导致粉尘在被除尘风机净化前就被风流裹挟扩散至巷道后部，使得控尘效果较差；当压风量为300 m³/min时，控尘效果最佳，高浓度粉尘被控制在巷道距离迎头25 m内。     

大采高工作面截割可吸入煤尘监测与降尘方法改进

为掌握大采高工作面截割可吸入煤尘的产尘特征,并改进工作面降尘措施,以山西临汾某矿6 m大采高工作面为例,分别在采煤机前后滚筒附近布置煤尘监测点,采用SidePak AM520i型个体暴露粉尘仪测量顺风情况下和逆风情况下大采高工作面PM₁₀,PM₅,PM_2.5的粉尘质量浓度,同时采用JZYW—200B界面张力仪和JY-PHb接触角测定仪分别对不同浓度的矿用尘克(C&C)系列除尘剂进行了表面张力测试和湿润性测试,选取了合理浓度的除尘剂作为工作面降尘用水,降低了大采高工作面截割可吸入煤尘的浓度。研究结果表明：采煤机上风侧滚筒处PM₁₀粉尘质量浓度平均为561～577 mg/m³,PM₅粉尘质量浓度平均为489～495 mg/m³,PM_2.5粉尘质量浓度平均为231～242 mg/m³,下风侧滚筒处PM₁₀粉尘质量浓度平均为609～614 mg/m³     

首山一矿综采工作面煤尘浓度-粒度分布规律研究

为了解决综采工作面粉尘污染严重且防治困难的问题，对首山一矿综采工作面粉尘颗粒浓度-粒度分布规律进行研究，并提出了尘源多级多维封闭雾化控除尘技术。结果表明：风流在采煤机滚筒处发生绕流及横移，风速最大达到2.5 m/s，在距采煤机约10 m处趋于平稳；在前滚筒中心下风侧9 m区域内形成高速风流带，平均风速超过2.0 m/s；在距移架10 m内的未移架区采空区形成长达38 m的高浓度粉尘带，浓度约1 629～2 257 mg/m³；前滚筒中心高度附近高浓度粉尘带长度达40 m，浓度约1 590～2 845 mg/m³；在人行道区域，粉尘颗粒粒径为0.25～10μm，对井下工作人员的呼吸造成巨大干扰。尘源多级多维封闭雾化控除尘技术应用后，现场呼尘平均降尘率为84.68%，总尘平均降尘率为88.52%。     

综采工作面呼吸性粉尘的来源及其分布规律

综采工作面粉尘的主要来源是割煤、清煤和移架。采煤机的割煤方式对工作面的呼吸性粉尘分布有较大影响。当主要尘源来自割煤与清煤时,逆风割煤顺风清煤比较有利;当主要尘源来自顶板时,顺风割煤逆风清煤较有利。工作面的漏风对呼吸性粉尘的分布及扩散有很大影响。当主要尘源为割煤和清煤时,从采空区向工作面的漏风对降低人行空间的呼吸性粉尘有利;当主要尘源来自顶板与采空区时,从工作面向采空区漏风对降低工作面的呼吸性粉尘浓度有利。     

采煤机割煤粉尘治理关键技术及装备研究与应用

针对采煤机割煤过程中的粉尘污染问题,遵循"先抑、后控、再降"的治理思路,提出了利用高效抑尘喷雾快速湿润破碎煤体,再利用控尘喷雾控制含尘气流沿煤壁一侧运移,最后利用机载喷雾引射除尘器沉降粉尘的综合治理措施。采用实验室实验和现场试验相结合的方法,重点开展了支架顶部组合喷雾抑尘、采煤机喷雾控降尘、采煤机机载除尘等关键技术及装备的研究,并在高产尘强度综采工作面进行了应用,将采煤机正常割煤时司机处的总粉尘质量浓度由3 097. 0 mg/m~3降至52. 6 mg/m~3,取得了显著的降尘效果。     

综掘巷道大风量双压风筒下长压短抽除尘效果的模拟研究

煤矿井下大风量双压风筒综掘巷道具有产尘强度大、粉尘分散度高、巷道风速大等特点,严重威胁作业人员身心健康和矿井安全生产。为降低大风量综掘巷道粉尘浓度,基于CFD数值模拟软件建立了双压风筒综掘巷道物理结构,采用DPM模型,重点研究了单抽双压式通风下抽风筒入风口与巷道迎头之间的距离对掘进工作面粉尘运移规律的影响,分析了大风量双压风筒下长压短抽通风方式对司机位置作业环境的影响。结果表明：保持双压风筒出口距巷道迎头为4、5 m,压入风量为1 200 m³/min条件下,当抽风筒入口与巷道迎头之间的距离为8 m时,司机位置粉尘浓度为30～90 mg/m³,作业环境最佳。     

快速掘进工作面长压短抽通风除尘技术优化

为解决马兰矿2#煤层快速掘进工作面粉尘浓度过高的问题,以12702运输顺槽掘进施工为背景,通过数值模拟、实地监测、理论分析等研究手段,对长压短抽除尘系统参数进行优化,确定压风筒距迎头最佳距离为15 m,压风筒出风量为650 m³/min,抽风筒距迎头3 m,抽风筒风量为500 m³/min,压抽比为1.3。通风参数优化后掘锚机司机处粉尘浓度减小56.5%,绝大部分粉尘控制在掘锚机前方,巷道回风侧粉尘浓度显著降低。     

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。     

采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究

针对永红煤矿3507工作面风流受采煤机机身阻挡后，风流翻越采煤机沿支架行人一侧运移，风量为2.8 m3/s，影响到工作面粉尘治理情况，设计了一种采煤机用随机抽尘净化装置。应用效果表明：煤机下风侧司机处和煤机机尾16～18 m处呼吸尘除尘效率可达67.0%～76.9%，巷道支架行人一侧粉尘浓度治理效果理想。     

大采高综采面粉尘分布规律及防治技术研究

为研究采煤作业时综采工作面各作业地点粉尘浓度分布规律，以红柳林煤矿25210综采工作面为研究对象，在25210综采工作面正常作业时，对采煤机下风侧、液压支架行人侧、主运输巷及回风巷等采煤区域各测点的全尘和呼尘浓度进行测试，研究采煤作业时各区域粉尘浓度占比以及呼尘占全尘比例，明确不同区域粉尘危害程度；基于现场粉尘浓度分布特征分析，提出针对不同区域粉尘的有效防治方法。结果表明：采煤机下风方向30 m范围内粉尘浓度仍超过200 mg/m³，液压支架行人侧作业点粉尘浓度大于90 mg/m³，远远高于国家标准；不同区域内呼尘占比差异较大，破碎机所在区域呼尘占比最高达95%。     

回采面机载式同步吸收硫化氢设备工艺及应用研究

针对回采工作面割煤时硫化氢大量涌出严重危害作业工人的健康问题,以晋牛煤矿1303工作面为例,采用煤矿井下机载同步式硫化氢处理装置,在采煤机割煤破煤的瞬间,利用机头、机尾2个负压泵的强力抽吸作用,将机头和机尾的硫化氢引到碱液箱处,碱液箱处安设的喷嘴喷雾能够快速将硫化氢消除。研究结果表明,机载同步式消除硫化氢装置除了控制采煤机在割煤过程中产生的硫化氢外,它对风流的强力抽吸作用还能够增强采煤机机头和机尾附近风流的流动速度,防止硫化氢在机头和机尾处积聚,提高采煤机在工作面割煤的安全性,从而降低工作面硫化氢的浓度。通过在1303工作面的试验表明,采用机载同步式硫化氢处理装置,回采工作面的硫化氢平均浓度从125×10^-6降低到了50×10^-6,降低幅度可达60%,回采工作面硫化氢治理效果显著,大幅度降低了人工成本和工程施工投入,抽吸硫化氢的同时,从而保证回采面的安全高效生产。     

基于数值模拟的喷雾装置粉尘抑制研究

为有效解决矿井综采工作面高浓度煤尘污染问题,以机械风助式负压增吸含尘风流原理为基础,并结合喷雾降尘研究了一种新型风助式喷雾装置。基于上湾煤矿22104综采工作面实际情况,使用风助式喷雾装置进行数值模拟,结果显示：在喷雾压力6 MPa、出风量90 L/min时,所形成雾场效果较好,其降尘效率随风量及喷雾压力增大而上升。最后在上湾煤矿22104综采工作面现场应用风助式喷雾装置,分别对开启喷雾装置前后测点处进行粉尘浓度监测,采煤机司机处全尘、呼吸性粉尘浓度下降至104.2 mg/m³、68.3 mg/m³,降尘效率达到了88.31%、83.45%,有效抑制了工作面高浓度煤尘污染。