综掘面抽风口调控下的旋流风幕降尘优化

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明：调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。     

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。     

采煤机多参数耦合匹配优化智能降尘控制研究

为实现对采煤机截割煤岩过程中粉尘质量浓度的最优控制,开发一种基于多参数耦合匹配优化的采煤机智能降尘控制方法。以最低粉尘质量浓度为目标,以牵引速度、滚筒转速以及截割深度为变量,建立采煤机最优降尘控制的多参数耦合优化匹配模型;采用迭代优化方法,结合优化终止判定条件,得到最低产尘量时的采煤机多工作参数优化结果。采用综采面3机配套模型进行截割控制与测试试验。结果表明,在采煤机多参数迭代优化过程中,粉尘质量浓度快速下降收敛,优化前后粉尘质量浓度分别为632和158 mg/m3,降尘效率达到75%。     

掘进面风流监测及适应性智能调控系统研制

针对目前掘进面通风系统因无法对风流进行实时监测及适应性动态调控而造成的瓦斯与粉尘聚集严重等问题，研制出了风流监测及适应性智能调控原型系统来优化风流场分布。通过对掘进面风流监测及出风口风流适应性智能调控方法和系统实现的整体架构进行分析，基于流场相似与模化理论对掘进面进行了相似还原设计，确定了风速、瓦斯及粉尘隐患监测点位置，完成了基于ZigBee及GPRS技术的数据采集及传输架构，利用PLC控制技术实现了风流智能调控装置的动态调控，并研发了上位机系统。以柠条塔矿S1202掘进面为对象，对研制的风流监测及适应性智能调控原型系统进行了测试，结果表明：出风口距迎头5 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了48.94%和34.36%,平均瓦斯体积分数降低了41.18%;出风口距迎头10 m时，司机位置与回风侧行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低了38.04%和41.36%,平均瓦斯体积分数降低了43.02%,验证了风流适应性智能调控的可行性。     

正压呼吸器防尘系统在岩巷综掘工作面的应用

针对矿井岩巷综掘工作面产尘量大,常规降尘措施不理想,一般呼吸面罩无法有效降低工作面作业人员对粉尘吸收的问题,研制了正压呼吸器防尘系统,并在岩巷综掘工作面底抽巷进行了现场试验。试验结果表明:使用正压呼吸器防尘系统除尘效率达到了70.82%,不使用时除尘效率仅为42.01%,不仅有效降低了工作面的粉尘浓度,改善职工作业环境,而且保证了工作面作业人员对新鲜空气的需求,减少了粉尘对职工身体的危害。     

综掘面旋流风幕抽吸控尘流场数值模拟

针对目前井下巷道内综掘工作面产尘量大,煤尘浓度高,降尘效率低的实际现状,探讨了配有附壁风筒的综掘工作面旋流风幕抽吸控尘的新型降尘方式,建立气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,利用Fluent对巷道流场进行数值模拟,并分析了风流扩散规律、粉尘分布规律以及影响粉尘分布规律的因素.模拟结果显示,综掘面旋流风幕抽吸控尘系统可在机掘工作面的有限空间内形成一个具有屏蔽作用的旋转风幕,将粉尘基本封闭在距掘进面0～3m的范围内.抽风口距离掘进面越近,高浓度粉尘存在范围和巷道中的粉尘浓度越小;增加抽风口个数可以提高除尘效率.     

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。     

内抽外压式集尘器实验、数值模拟与分析

根据内抽外压式集烟尘器专利研制了一个内抽外压式集尘器,并在井下进行实验。经过3种方法测试均收到预期的的效果,司机工作区达到了国家卫生要求,由于采用外筒压风,防止了瓦斯积聚避免瓦斯爆炸。应用离散颗粒模型模拟了内抽外压式集尘器内气相流场和粉尘颗粒的运动,该集尘器不仅把矿井巷道中细微可呼吸粉尘吸收到除尘器中,又能防止了瓦斯积聚。数值模拟与实验结果的一致性表明:把内抽外压式集尘器放置在掘进机前方,由于粉尘在气流的携带下运动使掘进机司机在矿井巷道中的工作环境得到改善,减少矿工患尘肺病的概率,开发了井下集尘的新工艺、新设备。     

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。     

轮碾粉碎机的除尘

我厂生产出口日用细瓷使用的原料里,含矽量一般在40—70%,最高达99%以上,生产性粉尘中所含游离二氧化矽也在 15%以上。而轮碾机在生产过程中产生的粉尘浓度高达2,000毫克/米3,严重威胁工人的健康。自制成除尘装置后,经测定,加料口的粉尘浓度保持在1.54—1.98毫克/米3;工人操作地带保持在2.5毫克/米3左右,基本达到和接近国家标准。 除尘系统及原理 除尘系统(见示意图)由密闭室、集尘箱、喷头、挡水板、管系及抽尘风机等几个部分组成。当抽尘风机 运转后,集 尘箱内产生 负压,使水 液面在喷头 下部周围绕 动飞溅,并 形成泡沫。 当轮碾机密 闭室…     

全工班呼吸性粉尘测定及防尘措施研究

针对呼吸性粉尘对矿井工人身体健康的危害,对煤矿综采工作面、综掘工作面、炮掘工作面等进行分工种个体性的全尘和呼尘监测,测定了各工作面粉尘(全尘和呼尘)的浓度、粉尘分散度和SiO2浓度。其结果表明:全工班呼吸性粉尘测定的方法更加真实可靠,更真实地反映了呼吸性粉尘对井下各操作工种的致病危害,测得的各工作面各工种的呼尘浓度均高于国家标准。通过数据的分析以及工人的建议,提出了一些新式的、有效的防尘措施来降低呼吸性粉尘对人体健康的危害。     

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.     

隧道掌子面微尘气固耦合动态演化模拟与机理分析

为研究肺泡区高沉积呼吸性粉尘动态疏散演化特性与机理，解决该类粉尘难以测定的问题，以贵州省内2座在建高速铁路施工隧道为研究对象，对风筒不同位置布局条件下隧道施工作业区内粉尘质量浓度的时空动态演化特征进行现场检测。根据隧道实际工况参数建立数值模型，利用有限元ANSYS-Fluent软件离散模式对粉尘质量浓度场和气流场进行求解计算。结果显示：模拟与实测结果之间相对误差满足工程计算精度要求；通风作业时，Ⅰ号隧道内粉尘疏散出现附壁运动效应，疏散运动的活塞效应较Ⅱ号隧道更为明显，试验中后期Ⅰ号隧道的总尘疏散效率高于Ⅱ号隧道；通风95 min后，Ⅰ号隧道内高沉积呼吸性粉尘出现大范围疏散，而Ⅱ号隧道在通风110 min后滞留粉尘颗粒数量逐渐降低。造成2座隧道内总尘与高沉积呼吸性粉尘疏散效率相背离的主要机理为：较大粒径的浮尘在螺旋状偏向卷积运动作用下更容易穿越台车进行疏散，而小粒径粉尘悬浮效应严重且长距离的随流运动使其疏散时间随之延长。对隧体微尘进行气固耦合动态演化模拟与机理分析，可为通风除尘系统的优化设计提供数据支撑和理论依据，对进一步改善施工环境、保护作业人员身心健康具有重大指导意义。     

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。     

煤矿综掘面泡沫降尘技术研究与实施

针对煤矿综掘面粉尘治理技术中存在的不足,采用泡沫降尘新技术结合长压短抽式通风方式进行粉尘防治。以霍尔辛赫矿为例,根据井下实际情况,利用GAMB IT和FLUENT建立掘进巷道的几何模型,并对巷道掘进通风过程中粉尘分布规律进行解算,将模拟结果和现场实测数据对比,确定掘进面回风侧的高浓度粉尘分布区。对掘进面煤样进行湿润性试验,确定最佳的发泡剂添加比例。综合以上情况,泡沫降尘技术实施时采用环形前置式喷头布置,发泡剂添加比例定为10‰,并在回风侧距掘进面5 m、距底板2 m处设置风筒,将高浓度粉尘抽出并沉降。现场实测数据显示,泡沫降尘技术降尘效率明显高于喷雾降尘技术。使用泡沫降尘时,在司机侧测得全尘及呼吸性粉尘降尘效率分别达到75.4%和74.7%。     

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%。     

综采机组隔尘风帘的设计与应用效果研究

受民用建筑大门空气幕的启发 ,将“洁净空调技术”中的“洁净棚理论”,创新并应用于综采工作面的防尘工程 ,设计了能阻止采煤机在截煤过程中产生的呼吸性粉尘向司机处扩散的隔尘装置——风帘。此革新装置的原理和作用是以形成透明的“空气幕墙”将采煤司机工作区与采煤机截煤区分隔 ,阻止呼吸性粉尘向司机处扩散。在邢台矿务局葛泉煤矿 132 6综采工作面进行的现场试验表明 :该装置对呼吸性粉尘有较好的隔尘效果 ,平均隔尘效率为 72 %以上。     

带式输送机尾粉尘逸散治理技术研究

为解决选煤厂输煤系统机尾粉尘污染问题,采用计算流体力学滑移网格技术与离散相模型的粒子跟踪技术相结合的新算法,研究输煤皮带运行中机尾粉尘颗粒的逸散现象,并自主设计一种密封式机尾集尘罩。分析结果表明,粘附在输煤皮带表面的浮尘是机尾的发尘源,滚筒离心力和风流剪切力是尘源飞扬的动因,煤粒之间的摩擦与碰撞产生的高动能细粉尘颗粒在滚筒处扩散;密封式机尾集尘罩能够完全阻隔机尾粉尘向作业空间扩散,漂浮起来的细粉尘颗粒在碰到壁面后慢慢反向沉降,而粗粉尘颗粒在横向运行一段时间后也自由沉降。现场实践表明,储煤仓106暗道机尾采用密封式集尘罩后,全尘与呼吸性粉尘的降尘率分别达到93.09%和88.92%。     

综采工作面空气幕隔尘理论研究

空气幕隔尘是综采工作面一项新的防尘技术.运用平面射流理论,针对综采工作面空间特点及风流特性,建立空气幕隔尘的数学模型,从理论上就隔尘空气幕两侧粉尘浓度分布和变化规律、空气幕隔尘效率及其与相关参数的关系进行深入研究.结果表明:1)司机侧粉尘浓度朝风流方向按指数规律不断增大,煤壁侧粉尘浓度则朝风流方向按指数规律不断下降,且两侧粉尘浓度变化速度快慢与空气幕射流卷吸风量大小有关,卷吸风量越大,两侧粉尘浓度变化速度越快;2)空气幕射流卷吸风量是影响其隔尘效果主要因素,卷吸风量越小,空气幕隔尘效率越高;3)在确定空气幕出口风速时,为保证其隔尘效率,应根据现场实测,取满足控制呼吸性粉尘所需的最小风速.     

光散射原理在粉尘测量系统的应用研究

为预防呼吸性粉尘的危害,连续有效监测个体呼尘的质量浓度,根据光散射原理,研制以红外光发射光二极管作为光源的便携式个体呼吸性粉尘质量浓度监测试验样机,开发样机的气路控制电路和光路控制检测电路;将试验样机和对比仪器放于自制粉尘试验装置,并向试验装置通入流量为2 L/min、颗粒粒径5μm左右的粉尘气体。试验结果表明:粉尘质量浓度在0～150 mg/m3范围内,试验样机电压测量值随粉尘质量浓度的增大而增加,二者具有较好的线性关系;利用回归方程计算的试验样机质量浓度测量值与对比仪器的粉尘质量浓度测量值之间的相对误差在±4%范围内,该装置满足相关粉尘检定规程要求。