掘进工作面泡沫除尘及关键技术研究

发布时间：2017-06-08 06:13

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【摘要】：煤尘是煤矿生产的主要自然灾害之一，，其不仅严重影响煤矿安全生产，而且严重威胁工人的身心健康。随着掘进工作面机械化采掘技术的提高，掘进巷道粉尘浓度也在急剧增加，针对该问题目前矿山主要采用掘进机内外喷雾降尘，但该措施耗水量大、对疏水性煤尘沉降效率低且容易发生喷嘴堵塞。泡沫除尘技术是近几年新兴的一种除尘技术，由于其耗水量小、对疏水性和呼吸性粉尘降尘效率高而广泛受各煤矿的关注，但该技术现有研究成果仍旧存在一定的缺陷。基于此，本文对煤矿掘进工作面泡沫除尘及关键技术进行了研究，从除尘泡沫的基本特性和捕尘机理出发，研制了高性能发泡剂及发泡设备，设计了井下泡沫除尘工艺及安装系统，为泡沫除尘技术的进一步应用提供了有力的技术保障。 本文首先分析了除尘泡沫的基本特性及泡沫捕尘机理，为后期制备高性能除尘泡沫提供理论依据。为探究影响泡沫性能的因素，分析了泡沫的产生机理和泡沫稳态结构特征。利用微元法分析了圆形管道内泡沫流体的流变特性和速度分布特征，建立了圆形管道泡沫流体速度分布方程，为泡沫发生器结构的设计与优化提供理论指导。分析了泡沫的衰变机理，研究影响泡沫稳定性的关键因素，并通过简单的实验测试了泡沫半衰期与发泡倍数的关系，为发泡剂的研制提供了理论依据。 发泡剂的研制是保证高效降尘的关键因素之一。本文应用WaringBlender搅拌法和毛细管正向渗透法，分别测试发泡剂的起泡性和湿润性，在实验条件下优选出单体表面活性剂并进行复配，研制出高性能除尘发泡剂。 泡沫发泡器结构的设计是制备泡沫的又一关键因素。本文在汲取前人发泡器设计经验和工作原理的基础上，充分考虑井下作业空间与应用条件，利用射流扩散和扰动原理，设计了新型泡沫发泡器，应用计算流体软件FLUETN对发泡器关键结构参数进行仿真优化。通过构建实验室除尘泡沫制备系统，对发泡器工作的主要性能参数进行了研究。 为了对泡沫除尘技术在掘进工作面的应用进行考察，本文进行了掘进工作面泡沫除尘工业性试验研究。设计了井下泡沫除尘工艺和安装系统，并构建了泡沫喷头布置工艺，以实现全方位立体降尘。试验中的降尘效率数据表明泡沫除尘效果显著，且明显优于喷雾除尘，为泡沫除尘技术的进一步推广应用提供了有力的技术支持。
【关键词】：泡沫除尘 捕尘机理 发泡器 除尘工艺
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 煤矿粉尘的产生12-14
• 1.1.1 煤尘的危害性12-13
• 1.1.2 粉尘爆炸引起的重大煤矿事故案例13-14
• 1.2 国内外粉尘防止技术研究现状14-15
• 1.3 掘进工作面产尘特点及粉尘治理研究现状15-16
• 1.3.1 掘进工作面产尘特点15-16
• 1.3.2 掘进工作面粉尘治理研究现状16
• 1.4 泡沫除尘研究现状16-21
• 1.4.1 泡沫除尘国外研究现状16-17
• 1.4.2 泡沫除尘国内发展现状17-21
• 1.5 本课题的研究背景与内容21-24
• 1.5.1 本课题的研究背景21
• 1.5.2 本课题的研究内容21-24
• 第二章 除尘泡沫基本特性及捕尘机理24-40
• 2.1 泡沫的定义与分类24
• 2.2 泡沫产生的机制24-27
• 2.2.1 泡沫形成的条件24-25
• 2.2.2 泡沫产生的机理25-26
• 2.2.3 泡沫的稳态26-27
• 2.3 除尘泡沫在圆形管道内速度分布27-29
• 2.4 除尘泡沫的衰变机理29-33
• 2.4.1 泡沫液膜排液29-31
• 2.4.2 泡沫的再分布31-33
• 2.5 泡沫捕尘机理33-37
• 2.5.1 截留效应33-34
• 2.5.2 惯性碰撞34-35
• 2.5.3 扩散效应35-36
• 2.5.4 黏附效应36-37
• 2.6 本章小结37-40
• 第三章 发泡剂的配制及性能研究40-54
• 3.1 表面活性剂概述40
• 3.2 发泡剂性能判定方法40-42
• 3.2.1 发泡剂起泡性和稳定性判定方法40-41
• 3.2.2 发泡剂湿润性判定方法41
• 3.2.3 发泡剂表面张力测定方法41-42
• 3.3 发泡剂的选则原则42
• 3.4 发泡剂发泡性能实验优选42-47
• 3.4.1 实验原料43
• 3.4.2 实验器材43
• 3.4.3 实验方法43
• 3.4.4 起泡性实验结果与分析43-46
• 3.4.5 三种表面活性剂复合体系的实验与分析46-47
• 3.5 发泡剂润湿性实验研究47-49
• 3.5.1 实验材料和设备47-48
• 3.5.2 实验方法48
• 3.5.3 实验结果与分析48-49
• 3.6 发泡剂表面张力的测定49-50
• 3.7 除尘泡沫的制备50-53
• 3.7.1 实验设备和系统50-51
• 3.7.2 实验方法51-52
• 3.7.3 实验结果52-53
• 3.8 本章小结53-54
• 第四章 泡沫发泡器的结构与数值分析54-74
• 4.1 泡沫发泡器设计的流体力学依据54-57
• 4.1.1 射流紊动扩散原理54-55
• 4.1.2 发泡器内部截面自由紊动射流状态方程解55-56
• 4.1.3 气液两相流在扰动状态下速度分布56-57
• 4.2 泡沫发泡器的结构设计57-61
• 4.2.1 泡沫发泡器的设计原则57-58
• 4.2.2 发泡器的工作原理58-59
• 4.2.3 发泡器主要结构尺寸设计计算59-61
• 4.3 泡沫发泡器关键结构参数的 FLUENT 模拟61-73
• 4.3.1 FLUENT 软件简介61-62
• 4.3.2 发泡器内流场仿真模型选择62-63
• 4.3.3 发泡器内气液两相流控制方程63-64
• 4.3.4 求解器的设置64-65
• 4.3.5 模拟结果分析65-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 泡沫发泡器性能的实验研究74-84
• 5.1 实验目的74
• 5.2 实验测试系统及设定方法74-76
• 5.3 实验结果与分析76-82
• 5.3.1 产泡量与供气量的关系76-78
• 5.3.2 产泡量与供气压力的关系78-79
• 5.3.3 产泡量与供液量的关系79-80
• 5.3.4 产泡量与发泡剂添加浓度的关系80-82
• 5.4 本章小结82-84
• 第六章 掘进工作面泡沫除尘系统工业性试验研究84-90
• 6.1 试验背景84
• 6.2 泡沫除尘系统的设计方案84-86
• 6.2.1 泡沫除尘工艺流程84-85
• 6.2.2 泡沫除尘系统的安装85-86
• 6.2.3 泡沫喷头的布置工艺86
• 6.3 工业试验86-87
• 6.3.1 系统运行86-87
• 6.3.2 测点的布置87
• 6.4 测试结果对比与分析87-89
• 6.5 本章小结89-90
• 第七章 结论与展望90-92
• 7.1 主要结论90-91
• 7.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 攻读学位期间发表的学术论文98

【参考文献】

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本文编号：431641