粉尘分布（共3篇）
粉尘分布 篇1
1 概述
安徽恒源煤电公司, 是一座年产2Mt的大型矿井, 主要可采煤层分别为4煤层和6煤层, 综采机组生产能力达1.5Mt/a煤尘均具有爆炸危险性, 煤尘爆炸最大上限浓度为35mg/m-3。
2 综采工作面的粉尘分布规律
综采工作面主要尘源来源有:进风流的污染, 采煤机的切割和装载, 周期性移架, 输送机的载运承转点, 以及工作面的片帮和放顶顶板跨落等。其中采煤割煤是工作面最重要的尘源, 移架和运输位居第二, 因此, 综采工作面粉尘治理, 主要以工作面为中心。
移架产尘量的大小受多种因素的影响, 但最主要的是直接顶板条件, 移架产尘量的多少与顶板强度成反比、与工作面所在采区的上覆顶板岩层厚度成正比。
2.1 采煤机作业时采煤机滚筒切割媒体以及由螺旋叶片或漏形管进一步进行破碎时, 都产生大量的煤尘。采煤机的割煤过程都有产出过程, 由于采煤机在工作面移动作业, 这就决定工作面煤尘的浓度, 都随采煤机的位置变化而变化, 同时随时间和空间的变化而变化。采煤机产尘强度及其在工作面的分布规律, 与采煤机本身的机械参数和工作状况有关, 如采煤滚筒截齿结构和数目, 切割的速度和采煤机牵引速度, 不同切割方向的采煤机周围的浮游煤尘浓。
2.2 移支架产尘和运输产尘及工作面粉尘浓度分布, 液压支架的支护作业是工作面尘源之一, 由移架所产生的呼吸性粉尘占采煤机位置的30%左右。
3 粉尘的综合治理
3.1 煤尘注水
煤层注水是减少综采工作面粉尘产生的根本有效的措施, 6514综采工作面实施煤层注水后可将粉尘浓度降低65%-70%, 呼吸性粉尘浓度减少50%以上, 煤层注水是通过钻孔借助于水的压力, 将水注入煤层后, 使煤层湿化, 增加煤体的粘合力, 减少采煤时粉尘产生的一种技术, 在实际注水中钻孔布置, 根据不同的注水方式分为双向钻孔和单向钻孔布置。
3.2 采煤机本身喷雾增设
采煤机本身设置内外喷雾, 内喷雾要求压力为5MPa, 外压要求4MPa, 为确保降尘效果, 可采用在采煤机身上增加外喷雾措施, 增加为采煤机两侧摇臂上, 增加外喷雾, 在采煤机正常割时可有效降低切割是粉尘达20%。
3.3 液压自动架的喷雾的使用
为了有效降低移架过程中所产生的粉尘量, 6514工作面采用了随支架运作自动控制喷雾的降尘方法, 为了提高降尘率在支架上安装自动喷雾装置。
为了掌握自动喷雾的效果, 对6514综采面进行粉尘浓度的测定。测点布置:割煤和移架时分别布置在其回风流15m和30m处, 具体测试结果见表1。
3.4 合理选择采煤截割机机构参数及工作参数
现代化矿井综采工作面的尘源主要来自采煤机械化作业。因此首先研制产尘少的采煤机械或改进目前采煤机械结构设计。进而改善煤岩体的破碎机理, 减少煤层的破碎程度, 降低产尘的粒径, 从而降低全尘和呼吸性粉尘的生成量, 是对综采工作面及全矿井的防尘有一定现实意义和实际意义, 其次要合理选择截割机构的结构参数及工作参数。
3.5 其他措施
综采工作面综合防尘措施的使用效果, 除以上措施外, 还可采取改进采煤机喷雾, 加大破碎机转载点喷雾压力及皮带运输防尘
喷雾, 合理调节工作面的风量, 达到最佳排尘风速及两巷风流的净化等综合防尘措施, 同时也可以降低工作面的温度。
综上所述, 通过采取综合防尘措施, 6514工作面粉尘治理取得了显著效果, 采取综合防尘措施前后对照表2。
4 结束语
综采工作面的粉尘分布规律由其自己的特点, 必须根据分布的情况加以控制, 通过采取综合防尘措施, 综合工作面的粉尘浓度大幅度降低, 同时也降低工作面的温度, 工作面的环境得到明显改善, 有利于职工的身体健康, 而且具有很好的消防效果和安全效益。为社会创造更大的利益。
采煤机割煤粉尘分布特征与防治 篇2
井下采煤机割煤过程中生产的粉尘占据回采面产尘总量的60%, 是井下回采面粉尘生成的最主要源头。近年来, 众多学者通过数值模拟等手段对采煤机割煤作业时的粉尘产生特性与分布规律进行了广泛的理论研究, 但结合生产实际的实测研究相对较少。同时由于采煤机属于往复式移动作业, 其生产的粉尘在顺风移动与逆风移动时有不同的移动轨迹, 进而导致粉尘分布在时空上的差异性[1]。这使得理想化条件下模拟研究的降尘手段在实际应用中存在一定不足[2]。所以, 结合生产实际, 开展针对性的采煤机割煤粉尘分布规律研究, 对于进一步优化采煤降尘效果意义重大。
1 工程概述
23103回采面为斜沟煤矿21采区首采回采面, 布置在21采区西部, 东侧、北侧、西侧均为实煤区, 南侧依次为21采区回风、皮带、辅运三条上山, 地面标高970 m~1 140.9 m, 回采面标高698 m~758 m, 回采面煤层为一单斜构造, 走向南北, 倾向西, 平均厚度13.8 m, 倾角6.8°~10.7°, 平均8.9°, 回采面走向推进长度2 513.6 m, 倾斜长度242.4 m。
回采面通风系统采用一进一回U型通风系统, 回采时应配风量为1 800 m3/min, 采用综采放顶煤工艺, 回采面使用SL750型电牵引采煤机割煤作业, 割煤时采用内外喷雾降尘, 但实际应用中存在内喷雾系统经常堵塞、外喷雾系统水压较低、雾化效果不佳的情况, 使得采煤作业时回采面粉尘浓度最高可达330 mg/m3, 严重威胁作业人员身体健康。
2 采煤机割煤产尘特点
通过滤膜称重法对23103回采面采煤机顺、逆风两种情况下割煤时的粉尘分布进行测定, 测点分别布设于采煤机司机处、机尾10 m处等位置, 每个测点采取多组数据求取平均值, 图1所示即为测量结果示意图。
由图1分析, 当采煤机逆风割煤时, 采煤司机处浓度最高可达330 mg/m3, 为顺风割煤最高浓度的2.6倍, 而机尾下风10 m处粉尘浓度相近, 分别为320 mg/m3和310 mg/m3, 其原因是逆风割煤时上风侧滚筒切割顶煤, 煤体垮落过程中生成大量粉尘, 粉尘进入气流后受采煤机阻挡扩散入人行道, 使得采煤机处粉尘浓度迅速增高, 而当采煤机顺风割煤时, 上风侧滚筒切割底煤, 粉尘生成量较小, 随气流进入人行道采煤司机处的粉尘量也大幅降低, 同时下风侧滚筒割顶煤后生成大量粉尘不受其它物体阻挡。粉尘能够随风流沿煤壁一侧移动, 向人行道扩散较少。鉴于此, 逆风割煤时粉尘防护重点为采煤司机处于下风侧;顺风割煤时粉尘防护重点为采煤机下风侧[3]。
3 粉尘防治与效果
现阶段, 煤矿井下回采面粉尘防治多采用喷雾降尘法, 但受到粉尘分布随采煤机割煤移动而不断动态变化特点的影响, 使得这一工艺的降尘效果十分有限, 鉴于此, 结合回采面产尘特性对喷雾装置的布设进行优化设计。
3.1 高压引射喷雾
现阶段, 多数采煤机所用外喷雾系统多为大流量低压喷嘴, 喷嘴布设于采煤机机身, 这使得其喷水射程及水压受影响较大, 尤其是在逆风作业时, 雾粒往往难以接触尘源, 从而无法起到有效的捕集粉尘的功能。鉴于此, 依据回采面含尘气流的运移规律, 借助高压引射喷雾技术, 在喷雾降尘的同时对含尘气流进行引射, 使其沿煤壁进行运移, 避免粉尘向人行道扩散。图2所示即为高压引射喷雾装置布设示意图。
由上图分析可知, 于采煤机截割电机上布设二次负压降尘装置 (图中 (3) 、 (6) 所示位置) , 其与采煤机原本布设的单体喷雾装置 (图中 (2) 、 (5) 所示位置) 相互配合, 可使高压水雾流完全包裹滚筒, 使得生产的粉尘及时被雾流捕捉。与此同时, 高速水雾流能够引导人行道含尘气流, 使其沿煤壁运移, 并在多管引射装置内实现初步净化, 实现对采煤司机位置粉尘浓度的有效控制;此外, 于采煤机上风流处布设喷雾引射装置, 抑制粉尘向人行道的扩散 (图中 (4) 所示位置) ;在采煤机煤壁侧布设3个单体喷雾装置 (图中 (1) 、 (2) 、 (5) 所示位置) , 借由对风流引射, 引导含尘气流沿煤壁运移, 并借助高压喷雾对风流进行降尘处理, 并起到浸润煤壁减少后续割煤粉尘生成量的功效;下风侧临近人行道处布设扇形喷嘴一个 (图中 (7) 所示位置) , 借由扇形喷雾构筑控尘雾屏, 避免因上风侧含尘气流与下滚筒割煤粉尘扩散入人行道。
3.2 尘源跟踪喷雾
布设尘源跟踪喷雾装置, 随采煤机移动进行跟踪喷雾降尘, 实现自支架上部向采煤机滚筒方向的范围喷雾, 有效抑制粉尘生产, 同时依据顺、逆风割煤产尘规律的不同, 设置相应参数, 提升喷雾效率与适用性[4,5]。
顺风割煤时, 上风侧喷雾装置两架工作, 下风侧喷雾装置三架工作, 喷雾方向与水平方向夹角30°, 自上而下向滚筒进行喷雾;逆风割煤时, 上风侧喷雾装置3架~6架作业, 起包裹滚筒, 降低粉尘产量与预先浸润煤壁的作用, 下风侧喷雾装置工作架数不少于3架, 对风流中粉尘进行持续性降尘处理。与此同时, 鉴于风流中含有大量呼吸性粉尘, 高压喷嘴应选用抗风性能良好且雾化效果优秀的G型高压喷嘴, 喷雾压力应在8 MPa以上。通过这种布置, 尘源跟踪喷雾装置与采煤机自身的外部高压喷雾装置相互配合, 在采煤机滚筒处构成立体式的全方面控尘水幕, 充分润湿煤体, 实现粉尘生成量的显著降低, 并对粉尘向人行道的扩散起到良好抑制效果。图3所示即为综合防尘喷雾系统示意图。
3.3 降尘效果分析
针对23103回采面采用高压引射喷雾法与尘源跟踪喷雾降尘法后的降尘效果进行滤膜称重测定, 所得结果表明采用新型综合喷雾降尘方法后, 采煤司机处风流粉尘总除尘效率由原本的32%提升至80%;机身后方10 m处风流粉尘总除尘效率由原本的31%提升至83%, 表明回采面粉尘得到有效控制, 降尘效果良好[6]。
4 结语
采煤机割煤粉尘作为井下煤炭生产中不可避免的污染物之一, 对井下作业人员的身体健康有严重威胁, 同时也是井下火灾的重要诱因之一。针对传统降尘工艺的不足, 结合矿井自身生产实际, 探寻适应性更强的回采面降尘工艺, 实现粉尘产生的有效防治, 既是提升作业安全性的必然要求, 更是推动煤矿企业经济效益提升的有力措施, 值得其它矿井学习与借鉴。
参考文献
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粉尘分布 篇3
关键词：气固两相流,长压短抽式通风,离散相模型,粉尘质量浓度,数值模拟
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[1]。井下煤矿粉尘是引发尘肺病、造成煤尘爆炸、自燃和损坏设备、降低现场能见度的主要因素, 掘进巷道是产生矿井粉尘的主要来源[2], 因此, 研究巷道掘进通风过程中粉尘的分布规律, 对治理煤矿粉尘和减少粉尘危害均具有重要的意义。针对现有研究的不足[3,4], 充分考虑掘进机对风流及粉尘运动等的影响, 建立了与现场实际较符合的掘进巷道数值仿真模型, 利用流体分析软件FLUENT对长压短抽式通风中粉尘运动规律进行了仿真分析, 模拟结果与现场实际相吻合。
1 数学模型
应用k—ε—Θ—kp数学模型推导湍流气相—颗粒相的两相控制方程, 该方法由欧拉—欧拉法 (Eulerian-Eulerian Model) 和欧拉—拉格朗日法 (Eulerian-Lagrangian Model) 相组合而成。在计算过程中, 连续相流场采用k—ε两方程紊流模型来描述;而对于颗粒相, 由于其在空气中所占体积分数较低, 可以把其视为离散相, 采用DPM方法来描述和追踪颗粒在巷道内的迁移运动, 对离散的粉尘用Lagrangian方法追踪其运动轨迹。
用FLUENT软件求解连续相的输运方程时, 需在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相, 并在拉氏坐标系下, 通过对颗粒作用力微分方程求积分来获得离散相颗粒的轨道[5]。颗粒的作用力平衡方程为
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式中:u为流体相速度;up为颗粒速度;gx为x方向的重力加速度;ρ为流体密度;ρp为颗粒密度;Fx为其他作用力;FD (u-up) 是颗粒的单位质量曳力, 且
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μ为流体动力黏度;dp为颗粒直径;Re 为相对雷诺数 (颗粒雷诺数) , 其定义为
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CD为曳力系数, 可采用下式表达:
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对于球形颗粒, 在一定的雷诺数范围内, 式 (4) 中的a1, a2, a3为常数。
由于颗粒粒径较小、浓度较稀, 颗粒所受的流体曳力是最主要的, 其次是重力, 其他力在量级上与之相比非常小, 一般可以忽略不计[6,7]。
2 巷道数值仿真模型的建立
2.1 巷道实体几何模型简化
根据现场实际对长压短抽式通风巷道进行合理简化, 掘进巷道横断面宽4 m、高3 m;掘进机身长5 m、宽2.2 m、高1.8 m;风筒直径0.6 m;通风巷道的压入式风筒悬挂在靠近一侧煤壁处, 风筒的轴线距离底板1.2 m, 风筒出风口到掘进工作面的距离为6 m;抽出式风筒在掘进机正上方, 风筒的轴线距离底板2.2 m, 风筒出风口到掘进工作面的距离为3.5 m。基于ANSYS软件建立的掘进巷道的实体几何模型如图1所示, 图2为其使用GAMBIT划分的网格计算模型。
2.2 边界条件的设定
首先求解单相风流场, 收敛后再创建离散相粉尘源进行求解。计算时选择瞬态求解器和标准k—ε两方程模型, 采用SIMPLE算法。将网格模型导入FLUENT中, 并对其进行边界条件的施加, 边界条件参数设置见表1, 粉尘源参数设置见表2。
3 模拟仿真与分析
长压短抽式通风巷道粉尘质量浓度沿x轴、y轴和z轴分布的模拟结果分别如图3—5所示。
1) 由图3可知, 靠近掘进工作面处粉尘质量浓度较高, 最高达1 320 mg/m3 , 在x=0～7 m巷道断面中部位置大部分区域, 粉尘质量浓度较低, 维持在102 mg/m3左右, 从x=7 m起粉尘开始向巷道全断面扩散, 粉尘质量浓度逐渐增大, 这是由于压入式风筒引起的旋流风所致, 从x=11 m开始沿程逐渐减小。
2) 由图4可知, 在y=0.1～1.4 m处平均粉尘质量浓度明显高于y=2.7～3.9 m处平均粉尘质量浓度;平均粉尘质量浓度在y=0.1 m处最高, 达到1 216 mg/m3, 在y=0.1～1.4 m平均粉尘质量浓度急剧降低, 在y=2.7～3.9 m则均维持在较低水平, 约440 mg/m3, 这是由于压入式风筒在其出口处形成了一个高压区, 致使粉尘被吹向巷道另一侧。
3) 由图5可知, 由于受空气流动影响和较大粒子自身的重力影响, 从掘进面至抽出式风筒吸风口3.5 m左右的作业空间内, 巷道底板处的粉尘质量浓度高于巷道其他高度处的粉尘质量浓度, 底板处粉尘质量浓度为1 520 mg/m3。
4 结论
1) 基于FLUENT软件, 建立了较符合实际的掘进巷道数值仿真模型, 为进一步的巷道粉尘场的模拟提供了保障。
2) 根据气固两相流理论, 采用离散相模型对长压短抽式通风掘进巷道中的粉尘运动规律进行了数值模拟, 得出粉尘质量浓度在掘进工作面处最高, 随后沿x方向逐渐降低。
3) 分析得出长压短抽式通风掘进巷道中粉尘质量浓度的分布规律, 即压入式风筒一侧煤壁粉尘质量浓度较低, 越靠近回风侧空间粉尘质量浓度越高。
参考文献
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