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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤矿胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术

2023-11-29


创新点

提出煤矿胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术治理转载点处粉尘污染,揭示了旋流卷吸除尘技术控制转载点粉尘的机理和控制效果。

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煤矿胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术

作者:马明星1, 2 , 荆德吉1, 2 , 张 天1, 2 , 葛少成, 刘鸿威1, 2 , 蒋 卓1, 2 , 张 强4
单位: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学院;4. 辽宁铁法能源有限责任公司 大兴煤矿
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 

2021年全国共报告职业病新病例15407例,其中职业性尘肺病11809例,占总数的76.6%。职业性尘肺病病例中,煤炭行业占比最大,因此,煤炭行业粉尘防治尤为重要。胶带转载点一贯是煤矿粉尘治理的重点和难点,转载点产生的粉尘污染范围最广,所接触的人员最多,严重危害工人的健康及破坏周围生态环境。

国内外学者开展了诸多关于转载点粉尘防治方法的研究。DE Almeida Leão提出了一种仅由自由落体物质驱动的尘粒传播模型,通过使用类似空气−灰尘混合流体的模型,得到一个适合于露天场地中航空尘埃传播的数学模型,确定了4个流型区域,并显示了在受到外力时可能成为灰尘扩散源的区域的概念指标。文献将风幕除尘技术应用到大豆转运过程中,采用数值模拟对影响风幕粉尘控制系统性能的主要因素进行了研究,确定了排气压力比和风幕出风速度对抑尘效率的影响。梁钦根据带式输送机转载点实际情况设计了负压湿式除尘装置,利用高速旋转的叶轮产生相对于大气压力的负压,将含尘空气吸入装置内部,然后通过喷嘴喷出的水雾进行有限空间内的降尘。但无法将粉尘全部吸入装置内部,处理后的粉尘易形成泥浆附着在风筒壁上。薛文涛等在通过搭建模拟转载点运煤试验平台对喷雾降尘技术参数进行确定,并在井下转载点进行了现场试验,降尘效率可达90%。但在井下难以达到气动喷雾技术最佳参数且气动喷雾喷嘴极易堵塞。周伟将直落刮板输送机巷道改为45°倾角的转折刮板输送机巷道,每个转折点处物料会得到缓冲换向,物料下落速度降低,达到控制粉尘浓度的目的,但降低程度有限。文献提出了复合直弧刮板输送机巷道抑尘技术,该技术可降低刮板输送机巷道出口处的气流速度和粉尘质量浓度,与线性刮板输送机巷道相比,粉尘质量浓度最多可降低70%以上,但无法杜绝粉尘产生。

因此,笔者提出胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术,通过数值模拟方法探究转载点内气流流动和粉尘运动情况;通过搭建多径向旋流卷吸除尘技术试验平台,测试除尘技术的应用效果,确定多径向旋流卷吸除尘技术可有效地治理胶带转载点粉尘污染。

摘要
 ABSTRACT

 胶带转载点粉尘危害与治理是实现煤矿高效、安全、清洁生产的重要问题之一。为解决转载点粉尘污染问题,降低转载点粉尘危害,根据旋流卷吸理论,提出胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术。该技术是在竖直设立的落料管侧壁上安设一定数量和射流角度的进风口,抽风口设置在落料管正上方。工作原理是落料管侧壁射入的风流遇到侧壁改变方向,进风口射流相互作用下,在落料管内形成向上流动的旋流,抽风口负压牵引旋流携带粉尘流入除尘器,实现粉尘净化。通过建立高度仿真的3D实体模型和搭建胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术试验平台,采用数值模拟和试验测试相结合对转载点内风流分布、粉尘运移分布进行研究。数值模拟和试验测试中在落料管4个侧壁上分别设有8个倾斜向上且与水平面夹角为10°的进风口,导料槽上设有4个进风口,进风口朝向与下级胶带上粒子释放位置的圆相切。根据旋流卷吸理论得出:落料管上进风风速越大,落料管边界与中心压力差越大,对粉尘的聚集效果越好。

模拟结果得出:多径向旋流卷吸除尘技术最佳进风速度为8 m/s,此时可收集下落过程中粒径小于50 μm的粉尘和煤料与下级胶带撞击产生的粒径小于30 μm的粉尘。对比试验中下落前后煤料分散度得出:除尘技术应用后下级胶带上煤料中粒径小于50 μm的颗粒占比减小47.96%,粒径小于5 μm的颗粒减小44.62%,降低煤料中有害颗粒的占比;通过测定导料槽两端及入料口处粉尘质量浓度,试验确定多径向旋流卷吸除尘技术最佳进风速度为8 m/s,此时,导料槽左右两端及入口处粉尘质量浓度最低,除尘效率分别为97.71%和99.92%,转载点整体的除尘效率可达95%以上。证明转载点多径向旋流卷吸除尘技术可以解决转载点粉尘污染难题,改善转载点处工作环境。

部分图片





图 多径向旋流卷吸除尘装置示意


图 物理模型及网格划分


流场流线


图 风流速度整体分布


图 粉尘粒径及分布


试验平台


 7    风流试验效果


 8    落煤试验现象


 9    粉尘分散度测量结果





作者简介


马明星,男,辽宁阜新人,辽宁工程技术大学土木工程学院,博士,讲师,中国力学学会成员,辽宁工程技术大学首批“双一流”学科建设创新培育团队—“智能化高效节能粉尘治理装备研发创新团队”成员。发表Sci检索、EI检索论文10余篇,授权发明专利1项,获中国工商业联会科学技术奖二等奖2项,中国工商业联会科学技术奖三等奖1项,中国产学研合作创新成果奖三等奖1项。参与纵向及横向项目10余项。


研究方向

安全科学与技术、职业安全健康、地下工程通风与粉尘防治理论及技术。


主要成果

致力于粉尘运移、通风除尘、旋流卷吸、负压抽尘、水雾除尘等技术及其控尘机理与应用的研究。在煤矿粉尘治理方面取得明显创新性成果,为煤矿健康、安全清洁生产提供了有力的技术保障。


来源:

马明星荆德吉张天煤矿胶带转载点多径向旋流卷吸除尘技术[J]. 煤炭学报202348(11):4261−4268.


责编:王   凡
编辑:赵泽维
审核:张晓宁


  责任编辑:宫在芹
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