制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证粉尘质量浓度的理论计算值、数值模拟结果与实测数据,得到不同工况下制曲车间粉尘质量分布及运移时空演变特征。研究结果表明：发酵仓内尘源位于不同位置时,粉尘主要集中于作业面附近,其中,仓内近窗作业与中部作业相比较,前者造成发酵仓粉尘高质量浓度区域更广,全尘峰值质量浓度在200 mg/m³附近上下波动;与走道相对位置不同的发酵仓进行近窗作业时,走道粉尘主要集中于作业仓附近,多个发酵仓同时作业与单仓作业相比,多尘源会对走道粉尘分布产生叠加效应,其中,相邻仓作业时走道粉尘污染最严重,全尘质量浓度高达75 mg/m³以上;单仓、相邻仓、相对仓作业工况下,分别在作业时长为525、470、498 s前后,粉尘已扩散至整个走道。     

综掘面尘源位置对负压抽风口位置的影响

为探究综掘机配套抽风口位置对巷道除尘效果的影响,利用FLUENT软件建立综掘巷道相似几何模型,开展粉尘从不同尘源位置释放时,压入式通风系统和综掘机配套抽尘系统的流场及粉尘场模拟研究。结果表明:综掘工作面压入式通风系统的粉尘扩散范围在距工作面1～2 m处;综掘机配套抽尘口位置在距工作面1 m时的风流特征最利于除尘且此时各个尘源位置巷道内的粉尘均得到明显改善;当采用综掘机配套抽尘技术后,综掘工作面各个尘源释放粉尘时,巷道内的总体粉尘质量浓度都得到降低,平均除尘效率在80%以上,最高可达93%,可以很好地满足煤矿井下的降尘要求。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

皮带巷粉尘浓度分布规律及全自动气水调节雾化除尘系统

鉴于传统的输煤皮带巷雾化除尘系统不能根据煤流高度自动调节雾化程度,难以达到预期除尘效果,以同忻煤矿输煤皮带巷为研究对象,基于COMSOL Multiphysics建立了输煤皮带巷煤流扬尘模型,研究了输煤皮带巷煤流高度对粉尘运移、分布的影响,继而设计了基于超声波物位传感器等多种传感器和V形调节电动球阀联动的气水调节雾化除尘系统。结果表明:在巷道高度1.5 m以上,煤流厚度越大,同一位置处的粉尘质量浓度越大,且以呼吸性粉尘为主,同时,在巷道走向沿程上,从风流入口处至下风向30~40 m范围内,粉尘质量浓度快速增长,污染严重;全自动气水调节雾化除尘系统可使呼尘质量浓度最高下降93.57%,具有良好的可行性和应用推广性。     

巷道内皮带输煤系统粉尘运移规律数值模拟研究

针对巷道内皮带输煤过程中粉尘污染的问题,通过巷道内粉尘质量沿程分布测试,并利用数值模拟的方法,分别对不同风速下的粉尘颗粒运移、巷道底板沉积单个粉尘粒子扬尘、输煤皮带粉尘粒子运移进行了模拟.通过对以上3种模拟结果进行分析,得出了不同风速下巷道内皮带输煤系统粉尘运移规律,并与现场实测结果对比基本一致.     

敞开式TBM施工隧道粉尘扩散及除尘系统研究

TBM掘进过程中产生大量粉尘，为了掌握粉尘的分布规律并优化除尘系统，以敞开式TBM为例，采用数值计算方法研究不同除尘风管位置，不同除尘风速和不同掘进面产尘量下的洞内粉尘浓度分布规律。研究结果表明:敞开式TBM隧道施工过程中，掘进面至除尘风管区域质量粉尘浓度较高，在除尘风管口后方区域下降到 2 mg/m3以下；除尘风管布置在距掘进面30 m位置处时，洞内沿程粉尘含量相对较大，除尘风管布置在距掘进面20 m位置处时洞内沿程及TBM支护区域粉尘含量相对较小；排风风速为15 m/s时，敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度最小，排风风速为30 m/s时，该区域粉尘质量浓度最大；掘进面产尘量越大，洞内沿程及敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度越大，不同产尘量下洞内粉尘浓度均在除尘风管后方达到规范限值以下。     

综掘工作面压入式风筒出口有效距离研究

综掘工作面是井下粉尘的重要污染场所。对压入式通风综掘工作面而言,压入式风筒出口距掘进头的距离是一个非常重要的工况参数。如何在有效距离范围内提高减尘率也是一项值得研究的工作。采用气固两相流数学模型来研究掘进工作面的粉尘运移规律,采用基于欧拉-拉格朗日法的离散型模型(DPM)模拟粉尘在气场中的运动。采用三维立体模式,借助流体力学软件Fluent对综掘工作面压入式风筒出口距掘进头不同距离时的粉尘运移规律进行数值模拟。综合分析风筒出口距掘进头不同距离时的风速云图和粉尘粒子轨迹及其逃逸统计后发现,在风筒出口风速为12 m/s时,风筒出口距掘进头距离在5~10 m较合适,排尘效果较好;而综掘机安装上挡尘板后,风筒出口距掘进头距离在5~8 m较合适,且同距离情况下,运移到司机处的粉尘粒子较之前明显减少,控尘效果较好。现场应用结果表明,当压入式风筒出口距工作面煤壁距离为6.0~8.5 m时,安装挡尘板后综掘机司机处的粉尘质量浓度减尘率达21%,效果良好。     

掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究*

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。     

采场爆破粉尘运移规律的Fluent数值模拟

在对爆破烟尘源及其特征分析的基础上,以西石门铁矿南二采区为研究背景,运用Fluent软件通过气固两相流数值模拟方法对爆破后粉尘的分布及扩散规律进行研究,得出在现有条件下爆破粉尘的运移规律.采场爆破后很快产生大量粉尘且浓度较高,粉尘的运移受风流流场影响较为明显.在现有通风条件下,粉尘的净化主要靠重力沉降,而难以沉降的呼吸性粉尘的排出则需要较长时间.这不利于生产,亟须改善通风条件或采取其他措施较快速降低爆破粉尘浓度.数值模拟结果与现场测量结果基本一致,爆破产尘量大,排尘耗时久.     

不同风速下巷道断面微细粉尘分布模拟试验研究

为降低微细粉尘危害,实现作业场所内的有效控尘、防尘,在矩形、拱形模拟巷道内采用网格布点法布置测点,调整风机风速法进行试验,并运用Gambit建模、Fluent开展数值模拟分析。结果表明:当尘源以10 mg/s的速率喷尘时,尘粒自由弥散,巷道中轴线处粉尘浓度小于壁面边缘处;当调节风速为1 m/s时,中轴线处与壁面边缘处浓度基本相等;当尘粒自由弥散时巷道壁的黏滞作用对粉尘扩散和分布起主导作用,且风速是影响微细粉尘悬浮状态的主要因素;降低巷道内微细粉尘浓度的方法主要包括合理设计环境风速和提高巷道壁面光滑性,减小壁面对微细粉尘的黏滞作用。     

坚硬煤层综放工作面粉尘分布规律及综合防尘技术研究

为解决综放工作面粉尘产生量大的问题,对西北某煤矿1202综放工作面粉尘质量浓度及分布进行了现场测量,针对该工作面粉尘防治方面的不足之处,根据各生产工序的产尘特点,提出了坚硬煤层脉冲式高压注水、采煤机喷雾系统和液压支架喷雾系统参数优化等技术措施。通过现场试验,所运用的综合防治技术效果明显,煤体水分增加值为1.735%,全尘和呼尘的平均降尘率分别为88.5%,76.6%。     

超声波雾化降煤尘性能研究

为有效降低矿井工作场所粉尘浓度,提高雾化水源利用率,基于对雾化捕尘机理的分析,在自建试验系统内,以1.7 MHz超声波作为雾化动力源,将蒸馏水雾化为超细水雾,对双鸭山某矿三分之一焦煤煤样进行了雾化降尘试验。在分别完成1 min、2 min和5 min的雾化作用后,立即测量试验系统内的粉尘质量浓度,每5 min测量1次。绘制和分析各组试验数据所对应的回归方程,并以试验系统内无雾化煤尘自沉降试验数据作为对比。结果表明:超声波雾化作用能加速煤尘沉降,对降低试验系统内的残余粉尘浓度作用明显;雾化时间为1min、2 min和5 min时初次采样点的雾化降尘率分别为10.11%、12.73%和30.95%;粉尘沉降速率随时间延长而降低,但粉尘不能完全沉降;雾化时间与试验系统内的残余粉尘质量浓度负相关,雾化作用5 min的残余质量浓度最低为自沉降残余质量浓度的30.6%。     

煤矿井下喷雾降尘影响因素的试验研究

为提高煤矿井下喷雾降尘效率和改善作业环境,研究相关影响因素与降尘效果间的关系.基于自行设计的喷雾降尘试验系统,采用粉尘质量浓度测定仪对井下常用的螺旋形压力喷嘴在不同喷雾压力、喷嘴直径、风流粉尘质量浓度及巷道风速下的降尘效果进行了系统的测定.结果表明,1)随喷雾压力增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均不断增加;但当喷雾压力增加至8 MPa后,继续提高喷雾压力,降尘效率的提高不明显.2)在相同喷雾压力下,随喷嘴直径增加,全尘降尘效率不断增加;而呼吸性粉尘降尘效率先增加后减小,在喷嘴直径为1.5 mm时达到最大值.在耗水量相同的情况下,随喷嘴直径增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均下降.3)在井下喷雾降尘中,当耗水量不受限制时,为同时确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,选择直径为1.5mm的喷嘴较为合适;当耗水量受限制时,宜选择直径为1.2mm的喷嘴.4)随风流粉尘质量浓度增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均有所提高.5)随巷道风速增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均呈现一定程度的下降,且巷道风速对呼吸性粉尘的影响更为明显.对于煤矿井下喷雾降尘,工作面风速对全尘降尘效率的影响并不明显,但对呼吸性粉尘降尘效率有较大的影响.     

全岩巷综掘面粉尘防治技术

根据店坪煤矿+900m水平全岩巷综掘工作面的基本情况,确定了综掘工作面粉尘治理总体技术方案:采用高压外喷雾高效降尘,并控制粉尘向外扩散;采用涡流控尘装置高效控尘,防止粉尘向巷道后方扩散;采用除尘系统将掘进头的含尘风流吸入湿式旋流除尘器净化处理,排出洁净风流.     

大采高综采工作面风流-呼吸带粉尘分布数值模拟

为了研究大采高综采工作面在多工序、多尘源情况下的呼吸带范围粉尘质量浓度分布,运用Fluent软件对井下大采高综采工作面风流分布、粉尘运移、呼吸带高度范围粉尘质量浓度分布进行模拟研究,并结合现场实测对比分析.结果 表明,采煤机械设备的影响使得工作面空间体积发生突变,造成采煤机附近局部风速增大,并且在采煤机下风侧附近产生3 m/s的湍流.湍流使得运移到此处的粉尘发生扩散,致使湍流下风侧呼吸带粉尘质量浓度剧烈升高十几倍.根据实测数据与模拟结果对比分析:采煤机下风侧10～20 m是粉尘防治的重要区域;而在采煤机下风侧30 m以后的范围,巷道中心部位呼吸带高度粉尘受风流影响漂浮在空中而不易沉降,导致粉尘质量浓度居高不下,此范围也是重点防尘区域.     

综采工作面旋转风幕隔尘理论及试验研究

为了进一步提高综采工作面空气幕隔尘效率,提出采用新型旋转风幕进行隔尘.根据冲击射流相关理论,推导出了垂帘合理安装位置及垂吊高度.利用旋风分离理论,导出了旋转风幕所能控制的最大粉尘粒径和隔尘效率表达式.借助模型试验,对旋转风幕隔尘下的综采工作面粉尘质量浓度分布及旋转风幕的隔尘效率进行了分析.结果表明:采用旋转风幕隔尘时,空气幕气流在煤壁侧形成一旋转风幕,采煤机滚筒割煤所产生的粉尘在该旋转风幕的卷吸作用下,被控制在煤壁侧,并被工作面风流带走;由于垂帘的阻隔作用,空气幕气流冲击顶板后只能往煤壁方向运动,阻止了空气幕将卷吸进来的粉尘带到采煤司机的工作区,提高了空气幕的隔尘效率;旋转风幕隔尘时,司机侧的粉尘质量浓度较普通空气幕隔尘时进一步降低,其粉尘质量浓度由78 mg/m3降低至69 mg/m3,粉尘隔尘效率由81.8％提高至84.2％,提升了2.4％;旋转风幕对呼吸性粉尘的隔尘优势更为明显,司机侧呼吸性粉尘质量浓度由14mg/m3降至8 mg/m3,呼吸性粉尘隔尘效率高达92.6％,较普通空气幕提高了6.5％;旋转风幕对不同粒径粉尘的隔尘效率有差异,随粉尘粒径增加,旋转风幕的隔尘效率不断下降.     

采煤工作面粉尘浓度分布及传感器的部署

为给煤矿井下采煤工作面上粉尘浓度传感器的安放位置提供理论依据,建立了回采工作面巷道几何模型,根据气体、尘粒运动方程和欧拉-拉格朗日方法中的离散相模型,采用Fluent软件仿真井下采煤工作面及回风巷粉尘浓度的分布情况.仿真结果表明:粉尘在司机后方10-20m 处粉尘浓度达到最大,在司机30m后趋于稳定,粉尘传感器应放置在回风巷距综采工作面的距离小于或等于10m的位置.     

控制职业危害刻不容缓

杀手:尘、毒 尘:有害的各类粉尘 非煤矿山开采中,有粉尘的危害.非煤矿山开采的条件简陋,尤其是一些小矿山,巷道通风条件差,甚至没有通风设施,干式打眼放炮,粉尘浓度严重超标,作业工人防护差,有的人只干了几个月就得了矽肺病,丧失了劳动能力,老板跑了,无人赔偿.     

综采工作面煤层注水降尘试验研究

为降低综采工作面空气粉尘浓度,减小粉尘对矿工及设备的危害,在西山煤田3号煤层开展煤层注水试验。通过测量固定测点粉尘的质量浓度及分散度,分析煤层注水的效果及其对综采工作面粉尘浓度和粒径分布的影响。结果表明:试验煤层单孔设计注水量440 m~3条件下,煤层内在水含量平均增加1.02%,外在水含量平均增加了2.21%;注水后煤尘粒径分布范围变窄,平均粒径减小,整个工作面空气中全尘浓度平均降低28%,呼尘浓度平均降低32%。     

闭环回旋控尘技术的三维数值模拟研究

针对输煤皮带转载点粉尘污染大的问题,提出一种新型粉尘控制技术。以霍州煤电集团木瓜煤矿为例,以气固两相流理论的颗粒轨道模型为基础,结合现场实际粉尘扩散规律,三维数值模拟皮带转载点的粉尘逸散规律。根据粉尘颗粒在皮带转载点的运移规律,提出了闭环回旋控尘技术,通过气固两相流和颗粒碰撞理论的三维数值模拟对该技术的控尘机理进行研究,并在木瓜煤矿进行试验应用。结果表明:闭环回旋控尘技术能有效控制粉尘扩散和降低粉尘颗粒动能,其降尘效率达到88%以上,同时,该技术无需任何动力,是未来节能型除尘产品的发展方向。