煤矿掘进工作面粉尘延时采样测量方法

为研究煤矿掘进工作面采样时刻对滤膜称重法测量长距离巷道粉尘运移情况的影响,结合有限元分析方法提出延时采样法。首先分析粉尘颗粒沿巷道径向的运动模型,然后估算粉尘在巷道中运移所需的时间,制定粉尘质量浓度测量方案,并在煤矿巷道实地测量。结果表明：延时采样法得到不同时间、不同位置和不同作业工况下相同批次粉尘的运移分布情况,而多点同步采样法的不同起始时间的测试结果稳定性差;分析延时采样法的数据发现“尘汇现象”,其导致弱风巷道粉尘质量浓度的每小时增长速率约为扩散至该区域粉尘质量浓度的10%～15%。分析延时采样法在不同工况下的粉尘质量浓度及其对应的尘汇浓度和测量误差,发现新的非截割尘源位置,并计算产尘浓度,为针对性布置和安装巷道降尘设备提供参考依据。     

打磨车间细颗粒物空间分布规律研究

为探求打磨车间自然通风条件下的细颗粒扩散分布规律,以打磨车间为研究对象,根据气固两相流理论,基于fluent软件,利用数值模拟方法模拟自然通风方式下打磨车间1～10 m的钢尘颗粒的空间分布规律。研究结果表明：模拟结果与实际数据相对比,偏差为5.54%～7.76%,吻合度高;在自然通风条件下,作业人员长时间停留处呼吸带高度的粉尘质量浓度高达10.69～14.91 mg/m³;钢尘自打磨面脱离后随风流向车间上部运移,粉尘在接触车间顶部后发生偏移部分粉尘被储物区的涡流、回流流场捕获;相邻打磨台之间存在流场叠加效应;细颗粒粉尘因车间内风流与外界交换效率低而长时间滞留在车间。该研究可为控制打磨作业粉尘浓度、避免因粉尘浓度过高而引起职业病危害,并为设计最优的除尘方案提供基础数据。     

石棉破碎车间粉尘质量浓度分布的数值模拟及实测

为改善破碎车间内部粉尘浓度超标的现状,掌握石棉选矿厂破碎车间内粉尘浓度的分布规律,依据气固两相流、气溶胶力学等相关理论,建立粉尘在空气内运动、扩散及沉降方程。以西南某石棉选矿厂破碎车间为研究背景,采用计算机流体力学的离散相模型,运用Fluent软件对石棉破碎车间粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场粉尘浓度实测数据比较分析。研究表明:模拟结果和实测数据相吻合;粉尘集中在胶带输送室和破碎机给料口附近,全尘浓度最大为86.24 mg/m3,纤维浓度最高为12.46 f/mL;粉尘浓度随着距破碎机入口的距离增加而逐渐变小;地面呼吸带高度粉尘浓度相对处于较低水平,维持在9~16 mg/m3区间。     

热喷涂粉尘质量浓度分布规律数值模拟及实验研究

基于气固两相流理论,采用仿真软件Fluent对热喷涂粉尘的扩散过程进行了数值模拟,分析了热喷涂车间气流速度对粉尘质量浓度分布的影响规律,并通过实验测定了车间呼吸层风速与粉尘质量浓度沿程分布,通过与模拟结果作对比分析,验证了数值模型的可行性。结果表明:粉尘颗粒自尘源处沿径向周围扩散,高质量浓度区域集中在尘源附近;车间气流速度越大,高质量浓度粉尘区域越小,车间粉尘质量浓度越低;当车间出风口风速为12 m/s时,除尘源区域外,呼吸层粉尘质量浓度已明显低于标准限值;通过对比分析,实测数据与数值模拟结果基本吻合,表明采用数值模拟方法研究热喷涂粉尘扩散规律是一种行之有效的方法。     

全自动漏斗吸嘴式粉尘发生装置样机研制

基于粉尘浓度测定和粉尘分布规律、运移规律和沉降规律研究的需要,在气溶胶粉尘发生器的基础上,设计了由计算机控制的全自动漏斗吸嘴式粉尘发生装置.提出了该装置的设计原理、设计结构及运行操作方法.基于C++设计了该装置的控制程序软件包,利用软件包中的驱动控制程序,实现了在计算机上对粉尘发生装置的远程遥控.监测传感器可及时发现吸嘴口是否出现粉尘堵塞,故障传感器同步监测步进电机和搅拌电机,通过微型计算机分析故障并发出相应控制指令.操作过程中,通过对圈数、时长、粉尘用量和密度的设置,可发生1种或多种粒径粉尘,控制发尘浓度、分散度,实现粉尘连续供给.通过发尘效果检验,得出在不同作业工序下,无论是连续产尘的喷浆、凿岩作业,还是瞬间产尘的爆破作业,该装置都具有较好的模拟产尘效果,产尘的分散度、浓度与现场实测值基本一致,表明该装置的粉尘粒度分布控制、产尘流量控制等技术达到了预期效果,可为研究粉尘相关特性试验提供稳定可靠、数量可控的粉尘源.     

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.     

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。     

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.     

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.     

岩巷综掘工作面泡沫除尘技术研究

在截割头割岩产尘机理和泡沫除尘机理的指导下,通过实验开发了发泡剂和泡沫除尘设备,经过现场实验验证,泡沫开启前后回风中全尘平均质量浓度分别为442.79 mg/m3和112.29 mg/m3,泡沫平均除尘效率为74.64%;泡沫开启前后回风中呼吸性粉尘平均质量浓度分别为151.29 mg/m3和23.87 mg/m3,泡沫平均除尘效率为84.22%。     

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.     

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.     

露天矿粉尘源强分析及贡献率实验研究

针对某露天矿山实际情况,结合粉尘污染扩散理论,应用函数拟合与数值计算的方法,对该露天矿钻孔、爆破、铲装、汽车运输、倾倒作业产尘点的源强进行测定与分析,研究不同粉尘源对总产尘量的贡献率。分析得到爆破作业的产尘贡献率最大为98．145％,除爆破以外汽车扬尘为最主要设备产尘源。     

综放工作面转载破碎点PM5及PM10粉尘分布规律

为了对综放工作面转载破碎点提出有效的防尘措施，从宏观上研究PM₅和PM₁₀粉尘的分布规律。在进风顺槽内靠近煤壁侧布置10个测点，对PM₅和PM₁₀粉尘质量浓度进行实时监测，同时采用数值模拟的方法建立转载破碎点几何模型并解算，将模拟与实测结果进行对比分析并得到了转载破碎点及周围工作空间的整体污染状况。结果表明：转载机周围无论是呼吸性粉尘和还是可吸入粉尘变化都比较稳定且产尘较多，破碎机周围呼吸性粉尘的产尘速率相对较低，但由于扩散较慢使粉尘不断积累；前溜和后溜周围可吸入粉尘的占比相对较高，同时受风流影响，前后溜中部和后溜处粉尘质量浓度升高明显；实测和模拟结果的浓度变化趋势基本相同，而高浓度粉尘主要集中于离地面1 m左右，且一直蔓延到整个进风顺槽和工作面；转载机机头1 m处、破碎机处以及前溜和后溜处是综放工作面进风顺槽转载破碎区域的主要起尘点，且以呼吸性粉尘和可吸入粉尘为主，治理时应高度重视。     

开放性粉尘时空分布的数值模拟研究

工程爆破常在开放空间中进行,因其产生的粉尘会对爆源周围环境造成影响,所以受到了广泛关注。为阐明工程爆破产生的粉尘的时空分布特征,基于相似性原理建立了二维几何模型,使用ANSYS Fluent仿真软件对爆破粉尘在不同环境风速下的时空分布进行了数值模拟。结果表明：在静风状态下,近尘源区域中的爆破粉尘自由缓慢扩散,空间分布范围小;当环境风速分别为1、2.45、5、10 m/s时,粉尘粒子均随气流扩散,且风速越大,粉尘粒子运移越快,空间分布范围越广;在近壁面区,受壁面摩擦影响,气流形成一涡旋卷吸区,涡旋卷吸区内粉尘浓度高,停留时间长,是高污染区,也是爆破粉尘防治的着力点。     

喷嘴直径对降尘效果影响的试验研究

为提高喷雾降尘效率,以改善作业环境,有必要研究喷嘴直径与降尘效果间的关系。基于自行设计的喷雾降尘试验系统,采用马尔文实时高速喷雾粒度分析仪、高速摄像仪及粉尘浓度测定仪对不同直径喷嘴的雾化特性参数和降尘效率进行测定。结果表明,在相同喷雾压力下,随着喷嘴直径的增大,全尘降尘效率持续增加,而呼吸性粉尘降尘效率先增加后减小,并在喷嘴直径为1.5 mm时达到最大值;在耗水量相同的情况下,随着喷嘴直径的增大,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均下降。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降尘效率,宜选择直径为1.5 mm的喷嘴;当耗水量受限制时,宜选择直径为1.2 mm的喷嘴。     

大型选煤厂粉尘在线监测与智能喷雾降尘系统研究

为解决大型选煤厂粉尘污染问题,提出了粉尘在线监测与智能喷雾相结合的降尘技术.以同煤集团塔山选煤厂输煤系统为研究背景,采用理论分析、现场实测及数值模拟等方法对输煤系统尘源扩散机理进行了研究.采用κ-ε湍流模型、欧拉模型和离散相模型(DPM)进行模拟,选择SIMPLE算法进行计算.模拟结果与实测数据基本一致.结果表明:在诱导风流的作用下输煤系统粉尘质量浓度较大,并以给料机及导料槽为中心径向逐步降低;同时,粉尘在线监测与智能喷雾降尘技术能有效降低输煤系统空间粉尘质量浓度,改善作业环境,空间粉尘质量浓度保持在国家标准以下.     

施工场地扬尘排放运移特征研究

施工场地内粉尘的运移规律对研究颗粒污染和净化等有很大作用,为有效解决施工中产生的粉尘污染问题,探究粉尘飘散规律,以某工程扬尘状况为研究对象,利用Fluent软件,运用欧拉-拉格朗日气-尘颗粒两相流动数学模型,模拟不同粒径粉尘在不同风速下受工地有无围挡阻隔的飘散效应。研究结果表明:无围挡作用时风速由1.6 m/s增大至6.7 m/s时,扬尘浓度显著提高;有围挡作用时形成较大负压,对后方粉尘扩散有抑制作用;围挡距离尘源扩大到10 m时,抑制作用最明显,且风速达到6.7 m/s以上时可以减弱扬尘向围挡后上方的扩散作用;所得结论为粉尘防治和相关人员的保护提供科学对策,现场应用效果较好。     

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%。     

粉尘云浓度对HDPE粉尘云最低着火温度的影响

为准确评价高密度聚乙烯（HDPE）粉尘爆炸敏感性和开展有效的粉尘防爆工作,采用Godbert-Greenwald恒温炉标准实验装置研究了典型HDPE粉尘云最低着火温度的分布特性,着重探讨了粉尘云浓度对不同喷尘压力条件下HDPE粉尘云最低着火温度的影响规律。研究表明:测试条件下HDPE粉尘云最低着火温度的变化处于360~445 ℃范围,随粉尘云浓度的增加呈现先降低后升高的总体趋势,粉尘云浓度为1.111 kg/m3时出现拐点,且粉尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而降低。