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矿井粉尘的两大主要危害是引发职业病和发生煤尘爆炸。由粉尘引起的尘肺病是我国最主要的职业病之一;煤尘爆炸也能造成很大的负面影响。每年由矿井粉尘所引发的有害事件都会造成巨大的经济损失。钻孔作业是煤层开采的工序之一,也是产生矿井粉尘的主要源头之一。国内外对于钻孔粉尘的治理已有相应的研究,同时对钻孔粉尘进行控制的新方法也在不断开发。
为了有效的解决钻孔口粉尘的治理问题,本文针对钻孔口压气水二次旋转射流吸除尘技术进行了初步研究。主要研究内容是通过对压气水二次旋转射流吸除尘技术的理论研究,分析压气水二次旋转射流的吸除尘机理;采用CFD软件对射流管内部流场进行数值模拟,探讨不同参数对吸风量的影响,同时初步模拟巷道内粉尘分布情况及吸尘效果;通过吸风及除尘实验分析除尘器各参数对吸风量、除尘效率以及综合指标的影响;进行工业性应用初步试验,观察除尘器对矿井钻孔产生粉尘的治理状况。
利用有限空间射流理论、两相及多相流体力学和通风除尘等理论对压气水二次旋转射流吸除尘的除尘原理进行了分析,确定了实验研究参数及范围。
通过对不同射流管内部流场进行数值模拟,验证了含尘压气水旋转射流中的运动过程以及射流管内部流场运动规律。模拟结果表明射流管的吸风量随喉管长度以及喉管直径的变化均呈抛物线变化。巷道粉尘弥散情况及吸尘效果模拟显示钻孔粉尘在巷道内影响区域较大,其危害性较高,所采用的短喉管的吸尘能力也较好。
利用数理统计理论中的正交实验设计方法对实验参数进行了优化。实验参数包括压风流量、射流管结构和喷嘴口径。通过对综合效率的结果分析得到最优参数水平组合为压风流量25m3/h、短喉管文氏射流管和口径为7.0mm的喷嘴。二次旋转射流实验结果表明,加设二次旋流导流装置后,除尘效率得到了明显提高。采用曲线拟合方法研究不同压风耗量对吸尘量的影响,得到了拟合函数,进而了解吸风量变化趋势。
将压气水二次旋转射流吸除尘器在淮北矿业集团股份有限公司芦岭煤矿井下工作面Ⅱ927钻孔作业现场进行除尘应用试验。压气水二次旋转射流吸除尘技术对钻孔口粉尘处理的现场直观效果较好。
理论分析、数值模拟、实验研究和现场初步试验表明,压气水二次旋转吸除尘技术对钻孔口粉尘的治理效果较好。加之压气水二次旋转射流除尘设备具有结构简单、体积小、方便应用与移动等特点,使技术推广具有可行性。