回风顺槽全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术研究

为治理综采工作面采煤过程中回风顺槽粉尘污染问题，基于超音速气动雾化控尘原理，提出全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术。以敏东一矿01工作面回风顺槽为例，采用离散元和有限元方法，利用COMSOL(COMSOL Multiphysics)仿真模拟软件中的k-ε湍流模块和流体流动颗粒跟踪模块，建立控尘技术装置三维数值模型。利用数值模拟方法分析技术装置气流场和液滴粒子轨迹的变化特征，以得到技术装置风流场及液滴粒子分布规律；搭建仿真试验模型，并通过仿真试验平台研究技术装置最佳抗风性能参数。结合现场试验对比分析，以验证控尘技术的高效除尘性能。结果显示：当雾幕装置气压为0.6 MPa时，雾化效果好且不会影响现场其他设备供压，捕捉小粒径粉尘能力强，但抗风性较弱；车载装置抗风性高，控尘能力强，但雾化效果较差且受气压的影响较小。2种装置有效地结合应用并形成了全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术。该技术有效阻止了粉尘的运移，有效覆盖了全断面。呼吸性粉尘和总粉尘控制效率分别达到94.92%和96.53%,这为治理煤矿井下回风顺槽粉尘污染提供了相关理论支持和治理手段。     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

卸载破碎区域气动喷雾联合抑尘网除尘的数值模拟研究

为了有效治理安家岭煤矿输煤系统中卸载破碎区域的粉尘污染,提出卸载坑外围设置柔性抑尘网及坑口处设置气动喷雾的防尘方案。采用现场测试与三维数值模拟相结合的方法,得出卸载坑粉尘逸散规律。通过对卸载坑气动喷雾的雾化效果和设置抑尘网后的风速分布的数值模拟,分析该方案的除尘机理,并通过在安家岭煤矿的现场试验,验证该方案的可行性。结果表明:坑口处的气动喷雾能有效抑制坑内粉尘飞扬,外围设置的柔性抑尘网能有效控制坑口处的风速,防止粉尘受外界气流影响,有效降低粉尘污染浓度,其降尘效率达到90%以上,该综合除尘方案为输煤系统卸载破碎区域的粉尘治理提供理论依据。     

狭长空间建筑内细水雾幕对顶棚射流火焰抑制效果试验研究*

为研究狭长空间内细水雾幕对顶棚射流火焰的抑制效果,通过全尺寸试验研究不同工作压力对射流火焰蔓延形态、雾幕隔热效果及烟气沉降的影响。研究结果表明:随着工作压力的增加,雾滴的动量随之增大,雾幕对射流火焰的扰动作用增强,强化雾幕对射流火焰的阻挡效果;同时,雾幕的隔热效率有明显改善,2.5 MPa时的细水雾幕的隔热效率可达0.75。然而,过大的工作压力会造成烟气层的沉降,工作压力大于2.0 MPa时保护区内烟气层高度低于1.8 m。因此,应综合考虑细水雾幕对射流火焰和烟气的作用,选择适当的工作压力。     

超声干雾抑尘机理及其技术参数优化研究

为改善超声波雾化效果,提高超声干雾的除尘效率,根据空气动力学、"云"物理学和斯蒂芬流输运原理,研究超声干雾抑尘机理。采用自行设计的雾流参数测定试验装置,研究压缩空气的压力(气压)、水流量等指标对超声雾化器雾化效果的影响,得出超声雾化器合理的供气压力和供水流量。选取烧结磁铁矿粉尘为呼吸性粉尘样品,在超声雾化器最佳运行条件下对其除尘效率进行测定。研究结果表明:微细水雾有利于呼吸性粉尘的捕集。超声雾化器的最佳运行条件为:气压0.35 MPa,水流量30 L/h。在此运行条件下,其对呼吸性粉尘的平均除尘效率为98.3%,最高可达98.6%。     

综掘面风幕集尘除尘系统的参数优化与数值模拟

针对目前井下综掘面粉尘治理难的问题,研制了一种新型风幕集尘除尘系统。其中风幕风机的风速、除尘风筒的结构尺寸及出口压力是影响整个系统集尘除尘效果的决定性因素。为使风幕集尘除尘系统的防治粉尘效果达到最优,通过计算流体力学FLUENT软件,分析风幕风机风速、除尘风筒直径及出口压力改变的条件下风机的表面空气流线以及粉尘颗粒轨迹。得到风机风速、除尘风筒的直径及出口压力对整个系统集尘除尘效果影响的规律。结果表明:单方面增加风幕风机的风速或出口压力时,系统的集尘除尘效果在一定范围内可以变好,但是超过一定范围之后,风速的增加或者出口压力的增大反而使系统集尘除尘效果变差;在其他条件不变的情况下,除尘风筒直径越大系统集尘除尘效果越好。     

落煤过程中涡旋吹吸式除尘技术数值模拟及试验

为治理落煤过程中产生的粉尘问题,基于涡旋气流的生成机制及粉尘粒子在涡旋气流场中的运移特性,提出一种控制落煤过程中粉尘扩散的涡旋吹吸式除尘技术;以落煤塔落煤过程为例,利用数值模拟方法分析涡旋吹吸式除尘气流场的变化特征;搭建仿真试验模型,通过仿真试验研究设备最佳涡旋性能参数,对比分析涡旋吹吸式除尘与单一抽吸除尘的除尘性能。结果表明:落煤过程中形成涡旋气流,大部分粉尘粒子被涡旋集聚,呈螺旋状自下而上运动。最佳吹吸比为4.814时,涡旋气流性能最佳;涡旋吹吸除尘性能高于单一抽吸,单位时间集尘质量浓度分别为314.27、191.94 mg/m~3,除尘效率分别为93.25%和41.19%,粉尘逃散率分别为6.31%和46.60%。     

振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性研究

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布及质量浓度分布的影响,分析振弦栅直径及间距对雾滴拦截效果、风速对双层振弦栅水膜作用特征。结果表明:随着雾化压力增大,雾滴粒径逐渐变小且分布集中化,雾化压力超过8 MPa后雾滴粒径分布变化不明显;不同间距的振弦栅均对流场有截流作用并伴有严重回流现象,而间距为5 mm的振弦栅对粒径较小的雾滴拦截效果更好;当进口风速为3 m/s时振弦栅表面形成水膜效果最佳,更利于粉尘捕集;模拟数据与试验结果变化趋势基本一致。     

机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场特性数值研究

旋转射流屏蔽通风是应用于机掘工作面中的一种新型通风方式.在理论分析的基础上,利用计算流体力学软件Fluent对这种通风方式下机掘工作面风流流场和有害物控制情况进行了数值模拟.结果表明:旋转射流屏蔽通风能在机掘工作面前方形成一旋转风幕,将掘进产生的粉尘阻隔在旋转风幕和掘进端头之间的有限空间内,并在吸口吸气流的作用下将其排出;在旋风流场和抽风筒吸气流的共同作用下,集尘-除尘装置风口前方巷道中心吸风口部位压力较周围压力低,从而使气流向抽风筒汇集,大大提高了吸风口的抽吸效果;旋转射流作用下的吸气流动轴线速度衰减较普通抽吸缓慢,提高了控制粉尘的能力,有利于远距离粉尘的捕集;旋转射流在巷道横断面上形成稳定旋风,使得工作面的粉尘和瓦斯被卷吸到巷道中心,并在巷道中心横向风共同作用下将粉尘和瓦斯带到吸风口附近,有利于吸气风筒对粉尘和瓦斯的捕集.     

德兴铜矿取得两项除尘技术成果

本刊讯 江西铜业公司德兴铜矿注重除尘工作,不断地改善工人的作业条件,去年,这个矿的除尘工作取得了两项新成果。 第一项是改干式除尘装置为湿式除尘装置,过去,这个矿的大型露天采矿设备一直使用从国外引进的脉冲袋干式除尘装置,除尘效果较差,机械磨损严重。去年5月,这个矿开始研制温式除尘装置,并在采矿场进行了现场试验,取得了令人满意的结果。该装置主要采用水泵喷水雾化法,使湿润后的粉尘在重力的作用下沉落下来。经测定,使用湿式除尘装置后,该矿露天采矿场大气粉尘浓度已由原来的每立方米含尘22毫克下降到1.8毫克,达到了国家工业粉尘标…     

综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟及试验研究

针对综掘工作面掘进过程中粉尘污染问题,设计了一种新型高效的风幕控尘除尘系统,利用风幕风速衰减试验分析了风幕风速与距出口距离衰减的关系,当风幕末端风速达到2 m/s以上就能够有效控制呼吸性粉尘逃逸,另外,利用数值模拟的方法,对风幕控尘除尘系统工作原理进行了模拟,当风幕初速度为15 m/s、除尘风筒负压为-250 Pa时,风流到达巷道壁时的风速均达到了3m/s以上,风幕控尘除尘系统起到了很好的控尘和除尘作用.并对压入式通风+湿式除尘机除尘的方式进行了数值模拟,压入式通风的风流大部分被除尘风筒吸入,掘进头和压入式风筒与除尘风筒重叠段形成了无风区,大部分粉尘颗粒和瓦斯不能够及时排出,给生产带来了极大的安全隐患.     

综掘工作面气水联动除尘装置影响因素及应用效果分析*

为掌握气水联动除尘装置影响因素及现场除尘效果,以便更好应用于现场实际。基于煤矿综掘工作面长压短抽通风控除尘系统,利用数值仿真和正交实验设计分析方法,系统研究除尘装置叶片参数、进风量和进风口位置等因素对除尘效果的影响规律。研究结果表明:叶片安装角为40°,扭转角为4°时,除尘器入口处负压值和进风量最大,而吸风口距工作面5 m、吸风量≥300 m3/min时的除尘效果较好。控除尘系统采用气水联动除尘装置后,各测点全尘除尘效率提高了40.8%~55.4%,呼吸性粉尘除尘效率提高了31.4%~41.3%,应用效果良好。     

无孔雾化湿式除尘器的实验研究

以无孔雾化湿式除尘器为研究对象,参考《湿法除尘器性能测定方法》(GB 15187—2005),使用质量法,实验研究了雾化盘转速、雾化供液量、除尘风速与除尘器除尘效率间的关系,并测量了除尘器的压力损失。实验结果表明,雾化盘转速和供液流量与除尘器的净化效率呈正相关关系,在雾化盘转速为1 800r/min,雾化供液量为20 L/h,风速为1.0 m/s时,除尘器的除尘效率可达98.14%;在其他条件不变的情况下,除尘风速与压力损失的关系符合流体力学阻力定律,在实验风速范围内,除尘器压力损失小于400 Pa。     

新型风幕控尘除尘机除尘系统数值模拟

针对以往风幕存在不能全断面封闭掘进工作面的问题,设计了一种240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统,利用流体力学计算软件Fluent对此系统的风幕宽度、除尘机压力、风幕与吸尘口距离和除尘效果进行了模拟.结果表明:当局扇提供的风量为280 m3/min,风幕宽度为50mm时,抗扩散能力较弱,风幕宽度为100 mm时,风幕风速分布较均匀,抗扩散能力较强,风幕宽度选取150 mm时,末速度达不到阻尘的作用;在风幕宽度为100 mm、风幕距除尘机吸尘口2.4 m的条件下,除尘机压力为-400 Pa和-500 Pa时,不利于粉尘的排出,除尘机压力为-250 Pa和-350 Pa时除尘效果较好;在风幕宽度为100nn、除尘机压力为-350 Pa的条件下,风幕距除尘机吸尘口距离小于2.0m时,不利于粉尘的排出,间距大于2.4m时除尘效果良好;当风幕宽度为100 mm、风幕与吸尘口间距2.4m时,除尘机压力-350 Pa比-250 Pa更有利于粉尘的排出.研究表明,240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统在合理的工况参数下除尘效果更好.     

不同喷嘴类型静电旋风水膜除尘系统配置优化实验研究*

为对比加宽版吹风喷头、1 mm孔径广角实心喷嘴和组合型喷嘴配置下的静电旋风水膜除尘系统的除尘效果,对进口风速、静电电压和单位面积流量3个单因素进行实验。研究结果表明:借助SPSS软件正交实验设计得出各喷嘴最佳参数、除尘效率影响因素排序均为进口风速＞静电电压＞单位面积流量。在各喷嘴最佳参数下,除尘性能排序为组合型喷嘴>加宽版吹风喷头>1 mm孔径广角实心喷嘴。在组合型喷嘴最佳参数（进口风速12.03 m/s、单位面积流量1.02 L/(m2·s)、电压45 kV）下,当进口风速不变时,除尘系统的分级除尘效率随粉尘颗粒粒径的增大而增大,但增幅不断地变缓,粒径约为40 μm时分级效率近似达到100%;当粉尘颗粒粒径不变时,分级效率随进口风速的增大呈现递减的趋势,粒径越大下的分级效率越接近。     

泡沫-细水雾雾场特性的试验研究

为了研究泡沫-细水雾与细水雾雾场特性的差异,建立了泡沫-细水雾和细水雾雾场测定系统.利用高速摄像技术、激光器偏光技术、激光粒度分析技术分别对中压工况下的泡沫-细水雾和细水雾雾场参数进行了试验研究.结果表明,雾场形态均保持标准的圆锥状,细水雾和泡沫-细水雾雾场边缘雾化效果较好,雾化效果向中心逐渐变差.系统工作压力对泡沫-细水雾的雾化锥角影响较大,工作压力为1.0 MPa时雾化锥角为51°,工作压力为3.5 MPa时增大到80°.不同压力下细水雾的雾化锥角变化较小,约为80°.泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度与系统工作压力成反比,压力越高,雾场的保护半径越大,雾滴分布越均匀.1.0MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa压力下泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度均大于细水雾锥体中心处的雾流密度.泡沫-细水雾雾滴粒径分布呈现随距喷头垂直距离增大而增大的总体特征,由于泡沫-细水雾雾滴的发泡作用,泡沫-细水雾雾场的雾滴粒径在喷头正下方10～100 cm处均大于细水雾雾场的雾滴粒径.     

气液两相喷雾荷质比影响因素实验和预测研究

为了提高荷电水雾对微细粉尘的捕集效果,围绕液滴荷质比这一影响粉尘捕集效率的主要因素开展针对性研究。分析水雾荷电过程的路径图,提取影响液滴荷质比的独立因素,并根据不同因素对荷质比影响的显著性设计正交实验,采用多因素回归分析的方法对实验数据进行处理。研究结果表明:在因素水平范围内,应用预测模型得出荷质比的最优值为441.66μc/kg,误差小于5%;荷质比与荷电电压、气相射流压力、电极间距呈正相关,与液相射流压力、电极环直径、喷嘴孔径呈负相关;实验结果得出的荷质比计算公式可以用来预测液滴的荷质比,为荷电效果的定量分析提供依据。     

影响涡旋型电除尘器离子产生浓度的因素分析

通过回归正交设计,建立涡旋型电除尘器电场中的离子浓度n_e与放电电压U、电场风速v_0和同排极板空隙距离D这3个因素之间的函数关系式。通过编程求解回归模型,获得离子浓度较高的优化结果:当U为17.8 k V,v_0为3 m/s,D为40 mm时,n_e可达6.97×10~9个/cm~3以上。根据粒子成像测速法,可以得出放电极附近的风速约为v_0的2.5倍以上。通过收尘试验可知,对于粉尘粒径小于15μm的微细粉尘,涡旋型电除尘器收尘效率可达到90.2%。     

新型高效硬化波纹滤料的研究

由于布袋除尘器存在体积庞大、易糊袋、易磨损、使用寿命低等缺点,本设计研究了一种通过特殊加工工艺和表面预处理技术形成的新型波纹滤料,对该滤料过滤性能及影响因素进行试验研究。结果表明:该滤料除尘性能优异,除尘效率高达99.9%,对2μm呼吸性粉尘除尘效率达89%,且运行阻力稳定,清灰性能良好,粉尘剥离率高达98.2%。与其他滤料相比,该滤料除尘效率高,使用寿命长,具有良好的应用前景。     

新型煤矿钻孔泡沫除尘装置研究与应用

针对干式钻孔施工粉尘浓度高的问题,在现有钻孔除尘技术的基础上,研制了一种无需用电、安全可靠、体积小的新型钻孔泡沫除尘装置。详细介绍了该除尘装置的总体构成、工作原理及发泡系统。在薛湖煤矿的应用表明,全尘和呼吸性粉尘的平均除尘率可达96.3%和93.8%,该装置能够显著降低煤矿干式打钻作业环境中的粉尘浓度。