《煤矿生产区域粉尘污染机制与增润促凝湿式除尘关键技术》

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该项目属于矿山安全学科与采矿环境工程学科交叉领域。

粉尘污染是威胁中国煤矿安全生产的重大灾害,近年来,随着煤矿生产区域机械化程度不断提高,大幅度增大了粉尘浓度,加重了粉尘污染。作为煤矿生产区域主体的综采与综掘工作面,其产尘量占全矿井的90%以上,在未采取任何防尘措施情况下,局部粉尘浓度超过3000mg/m3,呼吸性粉尘所占比例高达40%,远远超过国家规定的安全标准。煤矿粉尘污染的主要危害为引发尘肺病,且煤尘还具有爆炸危险性,高浓度粉尘也严重缩短了机械设备正常使用寿命。尘肺病是中国危害最大的法定职业病,且近年来发病情况呈逐年上升趋势,据国家卫健委通报,21世纪以来中国每年新增尘肺病超过2.3万例,占当年度职业病总数85.9%以上,而每年煤工尘肺病和矽肺病均超过2.2万例,全国煤矿平均每年因尘肺病死亡人数是其安全事故死亡人数的3倍之多。煤矿生产区域粉尘污染在通风风流作用下快速扩散至煤工作业空间,煤矿生产区域的粉尘污染防治主要依靠湿式除尘技术,但除尘效果仍不理想。为此,该项目从煤矿生产区域高浓度粉尘严重污染作业环境、危害煤工身心健康实际问题出发,通过校企技术合作、国家自然基金资助支持等方式,联合、持续攻关,揭示了煤矿生产区域粉尘污染机制,研发了增润促凝湿式除尘关键技术及装备。主要科技成果如下:

(1)构建了离散粉尘颗粒动态追踪模型,提出了煤矿生产区域宏细观粉尘预测分析法,确定了以综采与综掘面为主体的煤矿生产区域不同通风条件下宏观粉尘团及细观颗粒流时空演化规律,揭示了煤矿生产区域粉尘污染机制,创新性地研发了综掘面多向旋流风幕全断面控尘技术。

(2)研究了14类煤种煤尘以及代表性岩尘微观理化结构与其润湿性之间的关系,发现了煤岩尘微观理化特性对其润湿性影响规律,基于煤尘-增润促凝剂共混聚合物相容性原理,研发了适于不同变质程度煤尘的高效环保增润促凝剂,并研制了适于高瓦斯矿井煤巷综掘面的泡沫除尘技术及装备。

(3)研制了风流-雾滴-粉尘三相介质耦合沉降实验装置,确定了喷雾宏细观雾化特性、尘粒与雾滴润湿凝并的耦合规律,提出了细观喷雾降尘机理,研制了适于不同煤矿生产区域的新型高效雾化喷嘴,研发了综采面组合式喷雾负压降尘、综掘面风雾双幕协同增效控除尘等技术及装备。

依托该项目共授权发明专利26项,发表学术论文78篇,其中,在Journal of Cleaner Production、Powder Technology、煤炭学报、中国矿业大学学报等国内外权威期刊上发表SCI收录论文37篇(含ESI高被引论文4篇)、EI收录论文22篇,出版专著2部。该项目研究成果已应用于山东、山西、湖南、贵州等多个省份煤矿相关企业,据取证近三年累计新增销售额3.25亿元,有效降低了煤矿生产区域粉尘浓度,有力地推动了煤矿安全科技进步,经济与社会效益显著,应用前景广阔。

成果说明

该项目研究成果先后在山东、山西、湖南、贵州等多个省份煤矿相关企业进行了广泛应用。项目研究成果的成功应用推广,有效控制了以综采面、综掘面为主体的煤矿生产区域高浓度粉尘污染,除尘效果显著,明显改善了煤矿生产区域工人作业环境,保证了煤矿安全高效生产。据已取证应用单位统计数据显示,近三年累计新增销售额32507万元,新增利税8135万元。

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