礦用除塵泡沫高效抑塵噴射工藝研究.pdf

1、目前煤礦井下泡沫除塵技術所采用的噴射工藝較為粗放，其體現于：泡沫噴射流型不合理，導致泡沫利用率較低，部分泡沫無法與粉塵相互作用；泡沫噴頭設計粗糙，缺乏依據和針對性，致使泡沫霧化破碎嚴重，泡沫流場連續(xù)性不高。本文在前期現場調研的基礎上，針對掘進作業(yè)中廣泛使用的縱軸式掘進機的產塵特點以及目前所使用的泡沫噴射流型，提出了更為高效的泡沫抑塵噴射流型——環(huán)形泡沫流場，并針對該流型提出了新型泡沫噴頭的設計方案。通過對掘進機炮頭結構的研究與理論計算相

2、結合，確定了泡沫噴頭的設計思路和設計標準。通過數值模擬分析比較與實驗印證相結合的研究方式最終確定了泡沫噴頭的理想結構及尺寸。
　　從微觀層面分析了采掘作業(yè)粉塵的產生及運移特性，闡釋了井下相對封閉作業(yè)空間內粉塵宏觀分布規(guī)律的內在原因，指出并說明了近塵源粉塵治理技術的必要性和優(yōu)越性。以比較的方式說明了泡沫除塵技術相對于水霧除塵的優(yōu)勢，詳細闡述了泡沫除塵技術的捕塵和抑塵機理。闡釋了粉塵的運移特性與泡沫捕塵機理二者對降塵效果的相互增益作用

3、。
　　對現場掘進機的使用情況進行了調研，對縱軸式掘進機的產塵特征進行了分析，探討了目前所使用的泡沫噴射流型存在的不足，在此基礎上提出了環(huán)形封閉泡沫流型理念。針對該理念提出了3種新型弧面泡沫噴頭的外型設計方案，并結合泡沫的流動特性對3種泡沫噴頭的設計可行性進行了分析，最終選擇對外導流型弧面泡沫噴頭進行設計。
　　使用Fluent軟件中的VOF模型對泡沫流場進行了數值模擬，分析了弧面泡沫噴頭主要結構參數對泡沫流場形態(tài)的影響，通

4、過正交分析對模擬結果進行了定量統(tǒng)計分析，明確了影響弧面泡沫流場形態(tài)的主要結構參數并確定了弧面泡沫噴頭的最優(yōu)結構參數組合。在泡沫噴頭性能實驗系統(tǒng)下對弧面泡沫噴頭進行了實驗，設計了前期可調節(jié)式弧面泡沫噴頭及支架，實驗測定并繪制了泡沫擴展角和連續(xù)段長度與導流沖擊角和導流體長度的變化曲線，印證了數值模擬結果的準確性，并最終確定了弧面泡沫噴頭的加工尺寸最佳結構參數為導流體曲率半徑510mm，導流體長41mm，導流沖擊角26.3°，導流體寬30.7

5、mm，泡沫噴頭口徑為12mm。
　　設計了泡沫噴頭的流量分布測試實驗系統(tǒng)，測試結果表明，較于平扇和實心錐噴頭，弧面泡沫噴頭的導流方式能有效分散泡沫在流場塑型階段所受的沖擊力，并減少泡沫霧化損失。
　　設計適用于作業(yè)現場的分體和一體式環(huán)形支架，通過球接頭和法蘭結構相結合，實現了泡沫噴頭安裝角度的調節(jié)，進一步提高了環(huán)形抑塵噴射工藝的抑塵效果；通過在泡沫噴頭四周增設鋼制保護罩體，有效地防止了掘進機作業(yè)過程中由高處垮落的煤巖塊對弧面