论文部分内容阅读
煤矿掘进机械化水平的快速提高,导致综掘工作面瞬时总尘浓度高达2500～3000mg/m3,严重威胁了矿工职业健康和安全生产。国内外学者研究表明,风幕阻尘技术能有效阻控综掘工作面高浓度粉尘扩散造成的粉尘污染。本文采用理论分析、数值模拟、实验测试与工程应用相结合的方法,研究得到了通风条件对综掘工作面风幕形成、运移及阻尘效果的影响规律,获得了适用于不同断面综掘工作面的最佳风幕阻尘参数,对综掘工作面粉尘防治提供了较好的理论技术基础。对掘进机截割产尘机理进行了理论探讨,并运用Mastersizer 3000激光衍射粒度仪测定分析了综掘截割煤岩产尘的颗粒基本特性,得到了粒度分布规律,为数值模拟研究提供了基础数据。依据综掘巷道风流-粉尘运动方程及平面冲击射流理论,明确了综掘工作面风流速度与风流紊流作用是影响粉尘颗粒扩散状态的主控因素,阐释了径向旋流风幕阻尘机理。基于Realizable 模型、颗粒作用力方程和随机轨道模型,运用ANSYS Fluent软件对综掘工作面风流-粉尘两相流场运移进行了数值模拟分析,得到了不同断面综掘工作面在不同通风条件下的风幕形成、运移及阻尘规律,即附壁风筒与迎头距离增加、附壁风筒径轴流量比增大、通风系统压抽比减小、抽风筒布置于与压风筒相对的巷道边侧、抽风口距迎头距离减小,有利于径向旋流风幕运移、转变,形成有效的轴向阻尘风幕,高浓度粉尘的扩散污染距离也随之减小。构建了综掘工作面径向旋流风幕阻尘实验系统,运用该系统验证了优化改进所形成的组合式轻质柔性附壁风筒的基本性能,在此基础上实验获取了不同通风条件下实验巷道内的风流速度、风流方向、风幕形成耗时、粉尘浓度分布等数据,进一步验证了数值模拟所得到的通风条件影响径向旋流风幕阻尘规律,明确了适用于不同断面综掘工作面的最佳风幕阻尘参数范围,即除尘风机排风口距迎头距离>附壁风筒距迎头距离≥20m,附壁风筒径轴流量比≥0.8,通风系统压抽比≤0.75,抽风口距迎头距离≤3m时,能够在掘进司机前部空间快速形成有效轴向阻尘风幕,阻控了高浓度粉尘的扩散。基于上述研究成果,分别在蒋庄煤矿3 下612运输巷、回坡底煤矿东五采区进风巷、东滩煤矿63 上08运输顺槽综掘工作面构建了径向旋流风幕阻尘系统并对最佳风幕阻尘参数进行了工程应用,结果表明掘进司机前部断面空间均形成了有效轴向阻尘风幕且阻尘效果良好,工作面作业环境得到了明显改善。