矿井综采工作面雾场雾化规律与高效喷雾降尘技术研究

发布时间：2020-10-23 22:12

　　 综采工作面是整个矿井生产系统中最主要的产尘场所,由于综采工作面具有产尘工序多、产尘量大等特点,成为了粉尘治理难度最大的场所之一。经多个矿井现场实测显示,采煤机滚筒截割作业时,局部地点瞬间粉尘浓度甚至达3000mg/m3以上,严重超标的高浓度粉尘严重威胁井下工作人员的健康与安全。本文主要采用了实验研究、理论分析、数值模拟与现场应用等多种手段相结合的方法去探索解决综采工作面粉尘污染问题的有效途径。主要研究内容及成果如下:基于喷嘴降尘机理,建立喷雾模型,分析影响雾滴捕尘效果的主要因素。基于雾场多特性实验平台模拟白芦煤矿综采工作面的风流环境,首先对10种适用于煤矿防尘的喷嘴进行雾场宏观特性实验,分别统计和分析了各喷嘴的有效射程、雾化角和流量等宏观特性,优选出编号Ⅲ喷嘴,并利用PDI相位多普勒激光干涉仪对雾场浓度等微观特性进行分析。数据显示:随着喷雾压力增加,测试区域雾场浓度也随之增大,但由于横向风流的影响,单一喷嘴雾场难以满足喷雾降尘需求。根据高速风流运载雾滴作用启发,研制了由液压支架风助集中喷雾降尘装置和采煤机湿式风助降尘装置组成的高效喷雾降尘系统。利用FLUENT软件,首先对白芦煤矿4307综采工作面内设置模拟风流1.2m/s,并设置液压支架风助集中喷雾降尘装置和采煤机湿式风助降尘装置的喷雾和风流参数。数值模拟结果显示,采用新型喷雾降尘装置后,综采工作面的主要产尘源—采煤机滚筒处的喷雾浓度明显上升,雾场对产尘源进行了有效包裹。高效喷雾降尘系统经现场应用验证,采煤机司机、移架工处全尘、呼尘的降尘率分别高达89.1%、90.1%和 89.6%、89.4%;粉尘浓度分别降低至 97.3mg/m3、41.9mg/m3 和 75.5mg/m3、34.1mg/m3,说明在采用高效喷雾降尘系统后,综采工作面粉尘污染最为严重、最影响工人进行生产作业的割煤和移架工序的粉尘污染的问题到了有效解决。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD714.4
【部分图文】：

图１．１?２００９年－２０１４年职业病统计??Ｆｉｇ．?１．１?２００９－２０１４?Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ?Ｄｉｓｅａｓｅ?Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ??另一方面，矿井下粉尘达到一定浓度后，易造成粉尘爆炸事故，严重井下作业人员生命安全和矿井安全高效生产Ｉ几十年来，在中国由煤尘引重大、特大事故时有发生：２００５年１１月２７日，黑龙江省龙煤集团东风煤矿违规操作导致煤仓内煤炭突然倾出，造成大量扬尘并达到爆炸界限，引起煤爆炸，造成１７１人死亡、４８人受伤；２０１３年１２月１３日，新疆维吾尔自治区吉回族自治州白杨沟煤矿违规实施架间爆破，引起瓦斯爆炸，冲击波引起的浓度扬尘进一步扩大了爆炸范围，造成２２人死亡；２０１４年１１月２６日，辽宁阜新矿业有限责任公司恒大煤业公司发生一起重大煤尘爆炸燃烧事故，造成人死亡，５０人受伤；２０１７年２月１４日１时３７分，涟源市祖保煤矿发生一起大煤尘爆炸事故，造成１０人死亡，２人受伤。由此可见，提高综采面粉尘防，工，于重意。??

山东科技大学硕士学位论文?绪论??究，具体的研究方法如下：??研宄了喷嘴雾化过程及其射流破碎雾化机理，基于ＰＤＩ技术利用相位多普??勒激光千涉仪对优选喷嘴进行雾场微观与宏观雾化特性实验，对其雾滴浓度等??微观参数和有效射程、雾化角等宏观参数进行分析，确定最佳喷嘴和喷雾参数。??结合喷雾负压引射吸尘和高速风流运载雾滴机理，研制液压支架风力辅助式喷??雾降尘装置和采煤机湿式喷雾降尘器装置。基于雾滴与尘粒相对运动模型，建??立了白芦煤矿４３０７综采工作面等比例模型，设置液压支架风力辅助式喷雾降尘??装置和采煤机湿式喷雾降尘器的喷雾和风流参数，分析不同参数条件下，采煤??机滚筒产尘源处喷雾场浓度，研究喷雾雾场及提高喷雾捕尘效果提供了理论基??础。构建以新型液压支架风助集中喷雾降尘装置和采煤机湿式风助降尘装置为??核心的综采工作面高效喷雾降尘系统，并进行现场应用和降尘效果分析。??新型喷雾降尘装置风流雾滴数学棋型??

Ｗｅ?＝?Ｐｇ＇Ｕ＾＇ｄ?式（２．２）??ａ??式中：％—Ｗｅｂｅｒ准数；??Ｕｒ一气体介质与液体介质之间的速度差，ＷＡ；??Ｐ?ｇ—气体密度，峻／??从Ｗｅｂｅｒ准数的表达式可以得出，韦伯数是能反映出对射流破裂的相互作??用，数值越小，射流破裂越难发生??（２）二次破碎??经过初次破碎，雾滴依然与气流之间保持较大的速度差，在气动力的作用??下，雾滴在减速的同时在不断的发生变形，当内力无法抵抗外力引起的变形时，??雾滴会持续的发生二次破碎，直到气动力所具有的能量无法继续降低雾滴尺寸。??经过二次破碎的雾滴粒径可由一次破碎的毫米级雾滴极具降低为直径数十到数??百微米＿４５］。??
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本文编号：2853606