综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟研究

为了解决综掘工作面粉尘浓度严重超标,严重威胁着井下工作人员的健康与安全问题。以玉华煤矿2410综掘面为研究背景,在压抽混合式通风的基础上,运用风幕控尘技术,构建了风幕控尘除尘系统。运用数值模拟和现场实测的方法对工作面风幕控尘除尘系统的粉尘场进行分析,应用FLUENT软件数值模拟压风口位置及风幕射流角度对该系统除尘效果的影响。分析结果表明,根据综掘面实际情况,确定该系统在压风口距迎头面15 m、风幕射流角为5°时,风幕后方工作区呼吸带粉尘平均浓度为23.84 mg/m³,系统除尘效果最佳,除尘效率提高了91%,作业人员环境明显改善。     

基于风幕集尘除尘系统的综掘面粉尘防治研究

基于风幕理论构建了风幕集尘除尘系统,在煤矿综掘面进行粉尘防治试验来验证风幕集尘除尘系统的实用性和合理性。研究表明,射流出口条缝宽度应在5~19 mm,射流出口风速应在9~19 m/s,射流装置方可形成有效风幕;加装风幕后,司机位置处呼吸性粉尘由55.3 mg/m~3下降到了4.2 mg/m~3,全尘浓度由160.6 mg/m~3下降到了18.3 mg/m~3,集尘除尘效果非常明显。     

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%。     

综掘工作面风幕集尘风机除尘系统设计及试验研究

为了解决煤矿综掘工作面掘进过程中粉尘浓度过高,影响矿井安全生产的问题,设计了一种利用风幕集尘风机形成合理的控尘流场,防止综掘工作面高浓度含尘风流外溢的新型高效的风幕集尘风机除尘系统。基于流体力学理论和势流叠加原理,建立了受限空间内风机流场的数学模型,为了验证数学模型的合理性,进而在地面搭建了宽2.8 m、高2.3 m、长12 m的模拟巷道进行了风幕射流速度衰减试验。结果表明:风幕射流出口速度初期衰减较快,后期衰减变缓,数学模型所计算理论风速与实测风速基本一致,数学模型正确可靠;整体径向射流风幕需要封住的空间断面内,实测风速都在2 m/s以上,能够有效抑制粉尘颗粒向外逸散,可以在煤矿井下实际安装应用。     

旋动雾幕形成机理分析

为解决综掘面工作区域内煤尘扩散污染,设计并提出了新型旋动雾幕控尘技术,通过相似实验结合数值模拟对旋动雾幕控尘装置的形成机理、可行性能方面进行分析,并采用高清相机对旋动雾幕的形成过程进行记录。研究结果表明：旋动雾幕形成状况分析及该装置多风速条件下可形成有效的隔尘雾幕;从能量分布关系及雾幕装置形成角度出发,可将新型旋动雾幕形成的过程分为涡旋射流堆叠发生段（Ⅰ段）、射流冲击破碎混合段（Ⅱ段）、旋转雾幕扩散输出段（Ⅲ段）;随着射流风速由10 m/s上升至35 m/s时,超过20 m/s时可以形成稳定雾幕,超过35 m/s对设备性能要求过高。并通过数值模拟与雾化性能实验获得了旋动雾幕最佳射流风速工作区间20～30 m/s。     

综掘工作面抽尘区域对旋流风幕控尘的影响

为提高综掘工作面旋流风幕控尘效率,降低高浓度粉尘污染,运用数值模拟与工程实测相结合的方法分析了抽尘区域对旋流风幕控尘的影响规律。结果表明：随着抽风口距工作面距离增大,抽风筒距压风筒对侧巷道边壁越远,工作面流场控尘能力逐渐降低,高浓度粉尘扩散距离及扩散角均随之增大。基于模拟结果,确定了综掘工作面旋流风幕控尘的最优抽尘区域为抽风口距工作面2 m,抽风筒安设于压风筒对侧巷道边壁。通过工程应用,验证了数值模拟结论的有效性,掘进司机处粉尘浓度可降至24.6 mg/m³,风幕控尘效率达到91%。     

压抽比及风幕发生器位置对机掘工作面阻尘效果的影响

为了掌握压抽比β、风幕发生器与工作面距离L_w对风幕阻尘效果的影响规律,利用Fluent软件数值模拟了β及L_w不同耦合方式下的风流场及粉尘流场运移情况。结果表明,随着β降低、L_w增大,风幕发生器形成的径向旋流风幕逐步转变为轴向阻尘风幕,β越大、L_w越大,径向旋流风幕的阻尘能力越弱,粉尘的扩散距离Ld随之增大;β越小、L_w越大,形成的轴向阻尘风幕越稳定,Ld随之降低,且轴向阻尘风幕阻尘能力优于径向旋流风幕。根据数值模拟结果,结合生产实际,确定β为0.75、L_w为20 m是风幕阻尘的最佳通风参数设置,将该参数在回坡底煤矿东五采区胶带巷进行了工程应用,实测风速方向及大小与数值模拟结果相对误差较小,说明数值模拟结果较为准确,工作面内形成了厚约3 m的轴向阻尘风幕,现场高浓度粉尘被阻控在距工作面6 m以内、掘进司机前部巷道空间范围内,阻尘效果明显。     

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。     

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。     

附壁风筒条缝参数对综掘工作面控尘效果的影响

为明确附壁风筒条缝位置、宽度和压抽比对综掘面控尘效果的影响,运用FLUENT软件对建立的长压短抽式通风综掘巷道模型进行数值模拟。结果表明:随着附壁风筒条缝与迎头距离增大,巷道空间粉尘浓度先减小后增大,当条缝距迎头13 m时,旋流风幕将粉尘集中控制在迎头6 m范围内,综掘机司机处粉尘浓度下降到120 mg/m~3,风幕控尘起效;条缝宽度会影响旋流分风的风速,条缝越宽,旋流风速越大,但条缝宽度超过0.1 m时,反而会抑制旋流风幕控尘作用,当条缝宽度为0.05 m时,抽风筒口积聚的大量粉尘被抽离巷道,综掘机司机不受粉尘干扰;随着压抽比变大,巷道内粉尘浓度先减后增,压抽比为1.0时,压风筒高速射流被抽风筒全部吸收,粉尘被有效控制在迎头,巷道无粉尘扩散,控尘效果最佳。     

煤巷综掘面气幕控尘理论研究

随着煤矿开采强度加大,煤巷粉尘危害日益严重,煤巷中综掘工作面的粉尘危害越来越受到人们的重视,但是目前煤巷防尘技术仍不能满足要求,为了最有效控制呼吸性粉尘,基于煤巷掘进工作面气幕控尘理论,对其控尘作用原理进行了详细论述。根据理论计算,气幕出口速度在10~20 m/s,射流出口条缝宽在6~40 mm才能起到有效控尘作用。     

高深直溜井返尘密闭抽尘净化技术研究

金属矿山高深直溜井卸矿作业返尘浓度大、持续时间长、污染范围广,对作业人员危害严重,为解决高深直溜井卸矿口返尘污染问题,针对溜井卸矿作业工艺特点及生产现状,分析了溜井卸矿返尘特点, 研究了溜井卸矿后返尘产生的诱导风量。基于溜井返尘特点和诱导风量的研究,提出了溜井卸矿口采用密闭抽尘净化的治理措施,并结合Fluent软件数值模拟,针对密闭控尘关键技术和抽尘风量开展了深入研究,改 进了溜井口密闭控尘方式,确定了抽尘风量。针对溜井卸料作业面连续作业的特点,提出了一种大断面开放空间溜矿卸料作业面气幕控尘新技术,结合刚性密闭系统,实现了溜井口的全密闭控尘。结合夏甸金矿高深 直溜井生产现状,对溜井卸矿密闭抽尘净化技术进行了应用。结果表明：治理后,溜井口总粉尘浓度由378.3 mg/m3降至5 mg/m3,降尘效率为98.7%,呼吸性粉尘浓度从133.3 mg/m3降至3 mg/m3,降尘效率达97.7%, 控除尘效果较好,治理前后溜井口周围环境对比明显。研究表明：气幕控尘与刚性密闭相结合的全密闭系统较好地实现了大断面开放空间溜矿卸料作业面的透明密闭控尘,配套使用适宜处理风量的高效湿式除尘器, 有助于解决高深直溜井返尘污染的难题。     

高深直溜井冲击产尘治理技术研究

通过对夏甸金矿高深直溜井卸矿过程中形成的冲击风流和冲击产尘规律进行了分析,提出了适宜于溜井卸矿的卸压措施,将冲击风速降低至10m/s以内,并在卸压的基础上采用高效湿式除尘器抽尘净化措施对冲击产尘进行治理,实践表明,采用卸压除尘治理措施后,溜井出口巷道内总粉尘浓度由600.8mg/m3降至12mg/m3,降尘效率达98%,呼吸性粉尘浓度从166.7mg/m3降至8mg/m3,降尘效率达95.2%,有效的解决了冲击产尘污染问题,为金属矿山溜井返尘提供了参考依据。     

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～...     

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%。     

高海拔矿山掘进面长压短抽式通风粉尘分布数值模拟

为了研究高海拔矿山的粉尘污染难题,以西藏自治区某铜多金属矿为工程背景,通过对比试验的方法确定高海拔矿山粉尘颗粒的主要粒径分布范围;根据气固两相流理论,运用FLUENT软件对长压短抽通风除尘系统的效率、最佳压入风量以及最优抽吸比进行数值模拟,并与现场测试结果对比分析。研究结果表明：长压短抽通风除尘系统在1 200 s时基本排出全部粉尘,压入风量取150 m3/min,抽吸比取0.9最为合适,同时数值模拟结果与现场实际变化规律基本一致,除尘效率达到90%以上,此时巷道内的粉尘质量浓度保持在0.5 mg/m3以内。