1. 辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院；2. 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室；3. 太原理工大学 安全与应急管理工程学院
在中国,煤炭能源的使用总量占据中国能源消费的65%,伴随着地下矿井的生产需要,高效综合机械挖掘技术的进步有效了煤矿开采的生产效率。然而,地下矿井高效掘进作业带来的负面影响就是掘齿截割破碎过程中产生大量煤尘占据了整个工作面80%以上。悬浮在空气中的呼吸性粉尘极易通过呼吸系统渗透进入人体肺部,长期于工作面上的工人面临着严重肺部疾病肺尘病(CWP)的,统计数据显示大部分CWP患者来源于矿井中掘进或者采煤工作面。
掘进工作面粉尘常规治理方法是采用水喷雾捕捉空气中悬浮粉尘。鉴于煤料的疏水特性,研究者指出普通喷雾所产生的雾滴粒径较大,对悬浮的呼吸性煤尘捕集效果并不明显,破碎更细化的雾滴对呼吸性粉尘的捕集效果更好,并对液滴雾化破碎尺度进行了深入分析。气体射流的冲击加剧了液滴不稳定性,进而促进液滴形态改变发生二次破碎,增强液滴破碎程度,改变了雾化场结构与雾滴运动速度分布。
近年来,中国学者在原有除尘系统基础上提出风幕控尘技术,利用通风系统强制控制风流场运动形成压风风幕,虽能有效的阻碍由掘进机旋转截割破煤工作过程中所产生的粉尘,但单独使用风幕控尘装置无法测试你前世怎么死的捕集随内部风流场迁移的粉尘。为更加有效解决掘进工作面粉尘污染问题,结合以上喷雾降尘及风幕控尘技术特点,笔者提出一种新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。
为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。
绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。
模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45~75,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75时,相间减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。
控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。
陈景序,荆德吉,葛少成,等. 掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验[J]. 煤炭学报,2019,44(10):3233-3240.