基于气固两相流的带式输送机转载点控尘技术研究

针对带式输送机转载点粉尘污染大的问题,分别提出了负压除尘与喷雾除尘两种方案。以霍州煤电集团木瓜煤矿为例,根据现场皮带转运点粉尘运移规律,应用气固两相流理论,分别对负压除尘与喷雾除尘进行数值模拟。根据数值模拟结果研究两种控尘方案的控尘机理,并通过现场试点应用,对两种方案分别进行了应用比较。结果表明,负压控尘方案与喷雾控尘方案均能达到控尘效果,降尘效率均达到95%以上,但实际应用中喷雾除尘的成本更低,更适合应用于木瓜煤矿的输煤系统。通过研究,对负压控尘和喷雾除尘的控尘规律及应用进行了对比,为皮带转运点降尘提供了理论依据。     

木瓜矿采煤工作面锚杆支护技术的应用

为了有效防范采煤工作面片帮与切顶事故的发生,必须对采煤工作面的地质构造与应力分布进行分析。以地质动力学为基础,对木瓜矿10-103采煤工作面进行顶板岩石取芯与应力分布测试,并结合该矿已有的煤岩物理动力学参数,得出了采煤工作面力学性质及矿压规律,提出了在10-103工作面斜打全螺纹锚杆的防范措施,通过锚杆受力测试验证,该措施能有效防范采煤工作面片帮与切顶事故的发生。     

掘进工作面不同通风方式的粉尘运移规律研究

为了解决掘进工作面粉尘污染严重的问题,运用COMSOL软件对某矿1019掘进工作面进行了几何模型构建,并基于k-ε湍流模型和流体流动颗粒跟踪模型,计算了在压入式和长压短抽通风方式下的速度切面、风流流线分布以及粉尘粒子的运移轨迹,分析了两种通风方式对粉尘粒子运移的影响,并研究了掘进工作面在两种通风方式下的粉尘运移规律。结果表明:压入式通风方式下,由压风筒将新鲜空气压入巷道内,迫使掘进工作面的粉尘随风流排出巷道,导致掘进机前方区域风流曲线非常密集形成多处涡流导致粉尘粒子在涡流处聚集,同时部分粉尘粒子沉淀在巷道底部,还有部分粉尘粒子沿右侧巷道壁面向后方移动,其控尘效果较差;长压短抽通风方式下,两风筒前方区域速度较大,且压风筒和抽风筒之间风流流线密集;压风筒吹出气流裹挟粉尘粒子移动,同时利用抽风筒的抽吸作用将粉尘粒子吸入排出巷道,与压入式通风方式相比长压短抽的降尘效果更好。     

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。     

选煤厂并行带式输送机运转系统煤尘污染规律研究

为了解决选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染问题,使用k-ε湍流模型和COMSOL软件,建立了黄玉川选煤厂并行带式输送机运转系统数值模型,计算获得了其风流的分布规律;分析诱导气流及走廊风速对其风流场的影响,确定了选煤厂并行带式输送机运转系统粉尘污染的风流影响机理。研究表明：走廊风速大小直接决定系统风流场的流速,走廊风速越大整个系统风流速度越大;诱导气流的大小决定风流场为单涡流风流场、双涡流风流场或无涡流风流场。针对性的提出方案减少因产生涡流导致粉尘污染严重的问题,设计针对性湿式降尘方案,并在黄玉川选煤厂安装使用,车间内全尘及呼尘降尘效率均达到90%以上。     

基于磁、电及其耦合作用的液滴表面张力研究

为了进一步提高水雾降尘效率,提出一种新型联合降尘技术并确定其最佳技术参数至关重要。采用交叉实验法,对不同磁场强度、荷电电压下的液滴表面张力进行测量,并运用Materials Studio模拟软件对水分子进行动力学模拟,得到磁化、荷电及磁电耦合作用下液滴表面张力的变化规律。结果表明：磁化、荷电及磁电耦合作用均能使液滴表面张力发生变化,其改善能力的强弱为磁电耦合作用>荷电作用>磁化作用,当荷电电压为9 kV、磁场强度为300 mT时,是获得最小表面张力的最佳磁电耦合参数。     

磁性活化水技术雾化性能及降尘效果研究

为了改善喷雾降尘技术对煤尘治理效果,提出磁性活化水降尘技术。以山西晋中市鑫鼎泰煤矿烟煤为例,通过接触角测量实验对单体表面活性剂进行优选及复配,并对复配的表面活性剂和水进行磁化测试,最后使用构建的巷道相似模型进行降尘实验并确定降尘效率。实验结果表明：阴离子表面活性剂SAS-60和非离子表面活性剂AEO-7复配效果最佳;最佳磁感应强度和磁化时间分别为4000Gs和50min。经实验及现场测量,磁性活化水喷雾降尘技术的全尘降尘率高达87%以上,呼尘降尘率均高达79.3%以上,相比纯水喷雾降尘技术,大幅提高了对粉尘的降尘效率。通过上述研究,揭示了磁化水接触角和表面张力展现多极值增减变化规律的机理,并建立了磁化水循环系统,使磁化效果更加稳定,为工作场所实际应用奠定基础。     

气动旋转射流风幕风速空间分布与控尘性能研究

摘要：为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布规律和控尘性能。研究结果表明：射流风速20-30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布规律随射流风速的增大逐渐提高且风幕形成度越好,同时形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较高的衰减率规律,相似实验与数值模拟具有较好的相似度;最佳控尘射流风速为30m/s,测点1全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点2分别降至121.4mg/m3和30.3 mg/m3,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。     

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。