《矿井综掘气载粉尘抑制技术及工程应用》

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该项目属于矿山安全学科,是关于矿井粉尘防治方面的研究。项目针对枣矿集团高庄煤矿3上1101轨道巷综掘工作面、兖矿集团鲍店煤矿5305切眼、轨顺综掘工作面、南屯煤矿1601薄煤层皮带顺槽半煤岩综掘工作面进尺快、独头距离长、单位时间产量高等因素导致掘进工作面现场粉尘浓度高的问题,采用理论分析、实验室研究和现场试验相结合的方法,主要进行了以下六个方面的研究:(1)建立了风流单相三维k-ε紊流模型和气相湍流-颗粒相湍流k-ε-Φ-kp模型,并对封闭前后综掘面的风流场和粉尘场进行了数值模拟。(2)详细阐述了喷嘴雾化机理,提出了空穴、湍流和空气动力共同作用的雾化模型。对液滴破裂机理、液体射流的破碎方式与破碎类型进行了分析,特别对单水喷雾降尘机理和湿式振弦喷雾降尘机理进行了探讨。(3)优化设计了综掘机外喷雾降尘系统,通过喷嘴雾化效果实验,并结合喷嘴ANSYS喷雾速度场数值模拟分析结果,从而选定安装在综掘机外喷雾使用的喷嘴及其相应的喷雾供水压力,并确定了综掘机喷嘴最优布置方式。(4)研究分析了湿润剂润湿煤体的降尘机理,通过表面张力、接触角、Walker沉降及复配等实验,优选确定了降尘用表面活性剂的配方,同时提出了改进的定量泵试剂添加方法。(5)综掘工作面局部通风系统及其配套设备研究,确定了综掘面的局部通风方式及局部通风机选型;根据喷雾降尘机理、湿式振动旋流除尘风机的除尘原理,优选了适合综掘面的湿式振弦除尘器。(6)依据综掘面封闭式控尘技术设计原则,结合封闭式控尘系统的风流分布场和粉尘分布场的模拟结果,依据鲍店煤矿、南屯煤矿、高庄煤矿综掘工作面的实际情况,研发了一整套封闭式矿井综掘气载粉尘抑制系统。经过四年的课题研究和研究成果在枣矿集团高庄煤矿和兖矿集团鲍店煤矿、南屯煤矿井下的实际应用,实践证明该项目的研究成果有效地保障了矿井的安全生产、提高了矿井综掘面高效除尘技术的水平、为矿工创造了良好的工作环境、实现了煤矿的安全高效运转。共培养博士研究生2名,硕士研究生5名。获得发明专利3项,实用新型专利4项,已公开实用新型专利3项,发表论文90余篇。该技术已在100多家矿山企业推广使用,累计实现经济效益1.42亿元。

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