煤矿综掘工作面泡沫—水雾一体化降尘技术及应用研究.docx

《煤矿综掘工作面泡沫—水雾一体化降尘技术及应用研究.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、煤矿综掘工作面泡沫—水雾一体化降尘技术及应用研究矿井综掘工作面是井下最大的产尘点之一,综掘工作面80%的粉尘是由掘进机掘进过程中破碎煤岩产生的,是综掘面第一尘源。在煤矿井下连续掘进作业过程中,由于掘进机作业参数,截割煤岩性质以及截割位置的改变会导致产尘量不同。目前煤矿常用的喷雾降尘技术在产尘量较小时可实现高效捕尘;但其在产尘量大的情况下,雾滴无法充分与粉尘接触,导致其降尘效率一般。泡沫降尘技术,利用泡沫的堆积和包裹性,可实现对高浓度和大产尘量粉尘的治理,但在产尘量较小时存在浪费严重,成本过高的难题。因此,本文提出将泡沫、水雾有效结合的一体化降尘技术,

2、并针对现有矿用泡沫降尘技术在发泡剂的小流量高出口压力稳定添加以及降尘泡沫高效制备和利用方面存在的不足进行研究和解决。论文通过理论分析、数值模拟、实验室实验与现场试验相结合的研究方法,提出并较为系统地研究了矿用水雾-泡沫一体化降尘技术这一新课题,取得的主要成果如下:提出了双级射流汽蚀添加发泡剂方法,利用紊动射流达到汽蚀状态时,其吸液量在一定出口压力范围内不受出口压力波动的影响,可实现吸液量的小流量稳定添加。同时,采用的双级射流装置可减小吸液过程中的压力损失,提高了临界出口压力。对比单级和双级射流汽蚀添加方法可知,装置处于汽蚀工作状态,出口压力为零时,进

3、口水量与水压呈二次方的关系,双级泵的进口水压低于单级泵的进口水压;当水量恒定时,随着出口压力增大,负压在一定范围内保持不变,当出口压力超过其临界范围之后,装置负压随出口压力的增大而增大。双级射流的临界压力比会随着水量的增大而增大,从另一个角度表明了随着水量的增大,双级射流汽蚀添加装置的效率越高,在出口压力波动时,装置的稳定性也越强。随着出口压力的增大,双级射流装置的进口压力在工作区域内增长缓慢;当出口压力超过临界出口压力后,增速增加。装置压力比的增速与进口压力相反;随着稳定吸液量的增加,装置的临界压力比逐渐减低,呈现二次方关系。提出了环形立式网式发泡

4、方法,采用立式设计,避免了重力造成的泡沫的分布不均;采用螺旋喷嘴喷射发泡液,环形供气,可增大发泡液与气流的接触面积,且供气均匀,有利于泡沫产生。对新型发泡器而言,当供液量保持不变时,随供气量的增大,泡沫的产生量呈现先呈直线形增大后又趋于平衡的趋势。当供气量不变时,泡沫量随供液量的变化可划分为三种不同的变化趋势。当装置处于最优供液量和供气量时,得到其最优添加比例均为0.4%。装置出口压力主要是由供气压力决定的,出口压力与供气压力基本呈线性关系。当装置的出口压力在临界值以下时,压力的波动基本不会影响泡沫流量;当超过临界值以后,压力的增大将导致泡沫破碎严重

5、,泡沫量呈直线形下降。临界出口压力随进液量和进气量的不同而变化,在实验范围内,供气量和供液量越大,其临界压力也越大。分析了掘进机的截割产尘特性,得出掘进机工作过程中粉尘的逃逸通道集中在截割头周围的环形破岩区域,从而确定了抑尘介质的喷射目标。结合产尘圈的位置,优选了小角度平扇泡沫为最优喷射流型,设计了小角度平扇泡沫喷嘴结构,该喷嘴独特的压缩角和均匀角设计可同时保证泡沫喷射的扩散角度及喷射的均匀性。通过采用Fluent模拟和实验室实验,最终确定了泡沫喷嘴的压缩角和均匀角分别为选择为6°和25°。在原有泡沫喷嘴的基础上,增加其空气雾化功能。喷嘴四周均匀布置

6、10个直径为1.5mm上下对称的进水通道,原泡沫入口改为进气口,喷口形状为平扇形,可保证水雾喷出后产生扩散角度较大的平扇形雾流,实现对截割头的有效包裹。对新型空气雾化喷嘴进行的性能实验表明,气液两相任何一相的主动改变都引起喷嘴处混合压力的变化,混合压力的变化又会相应的导致另一相流量的变化;沿喷嘴轴线方向,随着距喷嘴的距离增加,雾滴粒径逐渐增大;雾滴粒径在径向方向,离喷嘴轴线越远,粒径越大。在距离喷嘴较近的位置,由于雾粒总体粒径较小,受重力影响较弱,因此,粒径可基本呈现上下对称的态势;但随着轴向距离的增加,粒径逐渐增大,重力发挥的作用也在增大,因此,呈

7、现出大颗粒在下,小颗粒在上的趋势,且喷射距离越远,这种不均匀性越强;雾滴粒径随气压的增大而减小,随水压的增大而增大。设计了适用于煤矿综掘工作面现场的泡沫-水雾一体化制备装置,其中功能切换箱的设计实现了泡沫和水雾技术的一键化切换,解决了该技术在现场应用方面存在的不足。试验结果表明:该技术的喷雾与泡沫功能均高于传统水雾和泡沫技术,使用泡沫-水雾一体化降尘技术,与泡沫功能的降尘效率相差不大,但发泡剂用量仅为泡沫技术的60%,极大的降低了掘进成本,在保证工人身体健康的同时,产生了显著的经济效益。