综采工作面粉尘粒径分布的数值模拟

建立了描述综采工作面平均浓度分布和粒径分布的数学模型,应用龙贝格积分法对积分方程进行了离散化,编制了模拟计算综采工作面平均浓度分布和粒径分布的计算机程序,对实测工作面进行了模拟计算,并与实测结果进行了对比,分析了影响工作面粉尘分布的影响因素。数值模拟结果表明,工作面粉尘浓度分布与粒径分布的计算值与实测值比较一致,程序的可靠性较高;降低尘源产尘的微细粉尘含量和提高工作面平均风速可以显著降低工作面粉尘平均浓度和微细粉尘的含量;提高粉尘比重可以降低工作面粉尘平均浓度,但带来了微细粉尘含量的提高。     

大采高综采工作面粉尘分布特征研究

为了掌握大采高综采工作面的粉尘分布特征,在采煤工作面布置测点进行粉尘质量浓度和粉尘分散度测定,并分析其浓度及特征粒径的分布规律,结果表明:采煤和移架作为工作面的主要尘源,移架的产粉尘质量浓度更大,呼吸性粉尘所占比例更高;工作面大于10μm的粉尘分散度最大,在粉尘中占主要比例。小于10μm的粉尘分散度为16.32%~41.16%;从采煤机到工作面进风口,粉尘中位粒径依次减小,呼吸性粉尘所占比例依次增加,主要粒径的分布范围更加集中,索太尔平均粒径依次减小,比表面积依次增加;采煤工作面工作人员的接触粉尘以粒径小于10μm的粉尘为主,所占比例为61.36%,中位粒径为7.68μm,主要粉尘粒径分布范围为1.74~20.39μm。     

综放工作面粉尘综合防治技术的研究和应用

综采放顶煤工作面产量大、尘源多、粉尘质量浓度高,使作业场所的劳动卫生条件恶化,因此,对高质量浓度粉尘的治理难度大。本着标本兼治原则,根据煤矿综采放顶煤工作面不同尘源的特点及具体产尘的原因,提出针对性的综合防治的主体措施、防治方案及改进机组降尘工艺,并应用在煤矿综采放顶煤工作面,效果显著。     

W型通风综采工作面生产期间粉尘分布规律研究

为了研究W型通风综采工作面生产期间粉尘分布的规律,对生产时工作面分段进行粉尘浓度测定,了解粉尘分布状态。研究结果表明:采煤机顺风割煤与逆风割煤粉尘浓度分布规律相似,逆风割煤时的粉尘浓度较大;移架时粉尘浓度从支架上风侧开始至下风侧浓度迅速增大到最高,然后很快降低,在尘源下风侧5 m左右粉尘浓度达到最大,移架尘源下风侧10 m处粉尘浓度急剧下降并趋于稳定。     

大采高综采工作面架间喷雾引射抽尘净化装置研究

综采工作面作为煤矿井下粉尘污染的主要场所,其防降尘措施一直都是研究重点,而对于大采高综采工作面,人行区域的粉尘治理则是重中之重。以陕煤集团曹家滩煤矿12209综采工作面为研究背景,通过井下实测移架产生的粉尘在人行侧的的运移分布规律,根据其分析结果,设计了一种针对支架尘源的架间喷雾引射抽尘净化装置,对其结构设计进行实验室优化试验,并通过现场试验检验其降尘效果及实用性。研究结果可为综采工作面液压支架尘源的治理提供新思路。     

大采高综采工作面粉尘运移分布规律及机载除尘器关键工艺参数研究

为了更详细了解大采高工作面分区尘源粉尘运移分布规律,以补连塔煤矿12511综采工作面为研究对象,利用流体力学CFD软件对8 m大采高综采工作面粉尘运移分布规律进行数值模拟研究。结果表明:由垮落煤层产生的粉尘在风流的作用下向采煤机后方扩散,高浓度粉尘团运动最高点可达5 m,且沿程粉尘质量浓度逐渐降低。高浓度粉尘团主要集中在采煤机前后10 m范围及底板靠挡煤板一侧,最高粉尘质量浓度可达3500 mg/m^3。为了有效降低工作面粉尘质量浓度,防止污染井下工作环境,提出在大采高工作面安装机载除尘器的方法来控制尘源处粉尘向人行侧扩散,达到净化作业场所的目的。通过研究除尘器吸尘口位置、处理风量对工作面粉尘运移分布规律及降尘效果的影响,得出大采高工作面最优降尘效率的吸尘口位置及处理风量适配组合,最大降尘效率可达到99.9%。     

首山一矿综采工作面煤尘浓度-粒度分布规律研究

为了解决综采工作面粉尘污染严重且防治困难的问题，对首山一矿综采工作面粉尘颗粒浓度-粒度分布规律进行研究，并提出了尘源多级多维封闭雾化控除尘技术。结果表明：风流在采煤机滚筒处发生绕流及横移，风速最大达到2.5 m/s，在距采煤机约10 m处趋于平稳；在前滚筒中心下风侧9 m区域内形成高速风流带，平均风速超过2.0 m/s；在距移架10 m内的未移架区采空区形成长达38 m的高浓度粉尘带，浓度约1 629～2 257 mg/m³；前滚筒中心高度附近高浓度粉尘带长度达40 m，浓度约1 590～2 845 mg/m³；在人行道区域，粉尘颗粒粒径为0.25～10μm，对井下工作人员的呼吸造成巨大干扰。尘源多级多维封闭雾化控除尘技术应用后，现场呼尘平均降尘率为84.68%，总尘平均降尘率为88.52%。     

采煤机跟踪喷雾隔离控降尘技术研究与应用

综采工作面作为煤矿井下污染最为严重的场所,一直以来都是粉尘防治的重点研究对象。为了解决综采工作面采煤机滚筒截煤造成的粉尘污染问题,以青龙寺煤矿5-20109综采工作面为背景,通过井下实测掌握了综采工作面粉尘运移分布规律,以此为依据提出了采煤机跟踪喷雾隔离控降尘技术,并研发了喷雾装置及无线智能控制系统。现场应用表明,该技术对采煤机滚筒尘源有较好的沉降效果,并且能够阻挡采煤机截煤产尘向人行侧扩散,极大地改善了综采工作面粉尘污染现状,为综采工作面粉尘防治提供了参考依据。     

某铅锌矿巷道型采场粉尘扩散特性研究

为了掌握局部通风的长抽长压式巷道型采场在凿岩作业时粉尘颗粒扩散特性研究,获取合理的通风除尘参数,以某铅锌矿巷道型采场为研究背景,依据相似理论基本原理,建立巷道型采场相似实验模型。对采场模型及现场进行风流特性试验,研究了不同工况点下采场风流变化特性;不同风速下采场模型粉尘浓度及分散度试验;分析不同工况点对粉尘浓度及分散度影响程度。结果表明：采场流场在不同风速下,当粉尘颗粒从模型工作面位置进入采场模型后,发现粉尘颗粒粒径大小位移距离会发生明显变化,当工况点风速为0.75 m/s时,工作面粉尘浓度最高为76.4 mg/m3,大部分粉尘颗粒粒径小于10 um,粉尘平均分散度为66.29%,粉尘粒径分散度主要集中在小于2 um,与现场实测结果吻合,说明此工况粉尘颗粒沉降效果最佳。     

综采工作面粉尘运移规律的研究

介绍了综采工作面现场测定粉尘浓度的测量条件和方法,并对现场测得的数据进行分析总结,得出了不同工序下粉尘的运移规律,并证实割煤是综采工作面的最大尘源.     

分散度对煤粉爆炸特性的影响

煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_(ex)、最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(ex)、开始点火至最大爆炸压力的时间段t_1和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t_2四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t_1和t_2明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D_(10),D_(25)(为投影面积的10%和25%的颗粒直径)、D_(3,2)(索特尔直径)与最大爆炸压力上升速率、t_1和t_2三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D_(10),D_(25)和D_(3,2)可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。     

Numerical investigation on the spraying and explosibility characteristics of coal dust

This paper utilises FLUENT software to simulate the spraying and explosion of coal dust in a spherical explosion chamber. The influence of particle size on coal dust spraying is analysed. Explosion easily develops for small particle sizes under the same conditions of coal dust concentration and ignition temperature. For large-size coal dust particles, the speeds of release and transmission reduce dramatically due to lack of oxygen inside. Explosion is very difficult to develop in such conditions. Coal dusts with smaller particle size distribute uniformly in the chamber, whereas larger particles concentrate in parts of the chamber. The influence of coal dust concentration, ignition temperature and particle size on the pressure of coal dust explosion is also studied. The results show that, when ignition temperature is less than a certain value, the maximum pressure increases rapidly with the growth of ignition temperature. As ignition temperature is larger than the value, the change of the maximum pressure is small. The maximum explosion pressure increases first and then decreases with the increase of coal dust concentration. Because the inside of large size particles burn only partially due to lack of oxygen and slow combustion heat release and transfer, the decrease of the maximum explosion pressure is proportional with the increase of particle size.     

矿尘在井巷风流中的运动特性

为了揭示粉尘在矿井空气中的运动规律,采用雷诺判定准则对井巷内空气的流动状态进行了分析,从理论上研究了层流和湍流2种情形下粉尘颗粒的运动特性,导出了粉尘颗粒在矿井空气中的运动方程.结果表明,煤矿井下风流状态大多为湍流;无论是在层流中,还是在湍流中,控制和分离风流中的粉尘颗粒都需借助黏附力、离心力、磁场力等外力场的作用;粉尘在井巷风流中的运动轨迹与粉尘的密度、粒径、初始运动速度及空气粘度等因素有关.     

矿井煤尘的分形特征及对其表面润湿性能的影响

基于光学接触角测量仪研究了不同煤质、不同粒度煤尘对去离子水以及添加羧甲基纤维素钠（CMC）、十二烷基硫酸钠（SDS）等表面活性剂时的润湿接触角,同时基于非线性的分形理论对煤尘粒度、表面孔隙结构等分形特征进行了研究,分析了粒度及表面结构分形维数对颗粒表润湿特性的影响。结果显示,细化煤尘表现为较强的疏水性,0.2%的表面活性剂可显著改善颗粒表面的润湿性能,其中以阴离子表面活性剂（SDS）为佳;煤尘的粒度分布、颗粒表面的孔隙结构均表现出典型的分形特征;随着粒度分形维数的增加,颗粒中位粒径降低,其表面的润湿接触角增加,特别是对于粒径小于10 μm的煤尘较为显著;随着表面孔隙分形维数的增加特别是对于分形维数大于2.5时,表面润湿接触角逐步减小并趋于稳定。     

煤尘着火温度与其粒径的关系研究

通过测定不同粒径范围下煤尘层和煤尘云的最低着火温度,得到如下结果:煤尘层和煤尘云的最低着火温度随着煤尘粒径的减小而降低;煤尘层的最低着火温度随煤尘层厚度的增大而降低;同一粒径范围内,煤尘层的最低着火温度低于煤尘云的最低着火温度。分析了煤尘层着火温度与煤尘云最低着火温度概念上的区别,对煤矿防尘工作提出有效建议。     

难浮煤泥浮选速率试验研究

针对主导粒级为细粒级的难浮煤泥,进行了窄粒度级和全粒度级的浮选速度试验。结果表明：浮选速度由快到慢的粒级依次为0.125～0.074、0.250～0.125、〈0.074、0.500～0.250、〉0.500 mm。粗粒级煤粒因其质量大、脱附概率高、部分连生体表面疏水性较差,需在高能量输入条件下,通过较长时间的矿化作用...     

综掘工作面粉尘在煤巷中的运动规律研究

随着采煤机械化水平的不断提高,井下工作面的粉尘产生量也越来越多,粉尘的污染问题日益突出,造成井下工作面环境的严重污染,直接危及工作人员的身体健康,可燃可爆煤尘的存在给矿井安全生产带来巨大威胁。以煤尘粒径分布函数以及重力、空气浮力和阻力对煤尘的综合作用等研究方法,并以粉尘固体颗粒的物性及粉尘颗粒的受力分析为研究对象,分析固体颗粒在巷道中的运动规律,分析得出粉尘粒径分布规律以及粉尘在煤巷中的运动规律,为超声雾化以及气幕控尘技术提供了重要的理论基础。     

索特平均直径对煤粉及其在瓦斯气氛下爆炸特性的影响

为了研究索特平均直径(D_3,2)对煤粉及其在瓦斯气氛中爆炸特性的影响,利用20-L球形爆炸装置,测量了煤粉初始样和混合样及其在瓦斯气氛中的爆炸特性参数,研究了粒径分散度σ_D对煤尘爆炸威力的影响,对比分析了粒径特征参数d₅₀,D_4,3,D_3,2值与煤粉粉尘爆炸威力的相关性;同时收集了煤粉粉尘爆炸的固体残渣,并通过扫描电镜对其微观结构进行了表征;最后,结合煤粉粉尘爆炸实验数据和产物微观结构分析结果,探讨了煤粉粉尘及其在瓦斯气氛中爆炸的机理。实验结果表明:当d₅₀值相同时,σ_D值最大(2.31)时煤粉粉尘的压力最大值P_max和(d P/d t)_max值较σ_D值最小(1.49)时分别增加了14.71%和68.05%,说明煤粉粉尘的粒径分散度σ_D会显著影响其爆炸性能;相对于d₅₀值和D_4,3值,D_3,2值可以更好的阐述煤粉粉尘的爆炸特性,D_3,2值最大(120μm)时的粉尘爆炸压力P_ex和(d P/d t)_ex值较D_3,2值最小(2.5μm)时分别降低了33.33%和83.33%,说明D_3,2值对(d P/d t)_ex值的影响大于对P_ex值的影响;在瓦斯气氛中,随着D_3,2值的增加,煤粉粉尘的(d P/d t)_ex值逐渐减小,低瓦斯体积分数时,D_3,2值对P_ex值影响较小,但高瓦斯体积分数时,D_3,2值越大则P_ex值越小,而煤粉颗粒的D_3,2值越小,挥发分燃烧速率更快,爆炸更剧烈,其残渣表面的孔洞越多,破碎程度也越大。     

SDS溶液改变无烟煤润湿性与冲击产尘粒径分布的实验研究

为了提高无烟煤层注水效果,采用不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对无烟煤样进行了浸泡改性,并对浸泡改性前后煤样的表面基团、煤/水动态接触角、自然吸水率以及冲击产尘粒径分布规律进行了测试和分析。结果表明:SDS溶液浸泡改性使无烟煤样润湿性增强,煤/水动态接触角随SDS溶液浓度的增加呈指数规律降低;改性煤样的自然吸水率随着SDS溶液浓度的增加呈指数规律增加。自然煤样和改性煤样在饱水状态下的冲击破碎产尘粒径-质量分布具有分形特征,煤样的自然饱水率越高,受冲击产尘粒径-质量分布的分形维数越小;随着SDS溶液浓度的增大,其改性煤样的冲击产尘粒径-质量分布分形维数减小,即产生的微细粉尘总量减少。     

基于高精度沉积厚度检测方法的通风除尘管道粉尘沉积规律

为了对有爆炸危险存在的工矿场所的沉积粉尘厚度进行实时在线监测,同时调研发现针对工矿场所的通风除尘管道沉积粉尘厚度检测国内外尚属空白的现状。首先提出了一种高精度的沉积粉尘厚度实时在线检测方法,其核心是将粉尘的沉积质量检测转化为沉积厚度检测,并通过理论研究推导出粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度的数学关系式,据此进行信号处理设计完成了该种检测方法。再完成了实验管道选择、粉尘粒径筛选、实验环境条件准备以及由定量发尘器、静电除尘器、压气泵、除尘风硐、风速测定仪、电脑控制台和变频风机等组成的实验系统。基于此实验系统与实验准备,首先实验验证了粉尘沉积质量-粉尘沉积厚度数学关系式的正确性,同时进行了误差实验,验证了该种检测方法的分辨率达到0. 01 mm,精度达到0. 07 mm,证明了该方法对沉积粉尘厚度的检测效果。然后,对除尘管道内粉尘颗粒物的受力情况进行了理论分析和研究,发现随着粉尘颗粒的粒径增大,颗粒所受的重力、拖拽力、Basset力和Saffman力作用逐渐明显。最后,基于此颗粒受力分析理论和实验系统,利用该种检测方法对通风除尘管道内的粉尘在不同风速和不同粒径下的沉积规律进行了研究,表明:随着除尘风速和颗粒粒径的增大,粉尘沉积率呈指数型降低和升高。文末,对管道内粉尘颗粒的沉积行为进行了原因分析,并给出了对现场除尘风速的设计建议。