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(shù)所采用的噴射工藝較為粗放，其體現(xiàn)于：泡沫噴射流型不合理，導(dǎo)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(shè)計粗糙，缺乏依據(jù)和針對性，致使泡沫霧化破碎嚴(yán)重，泡沫流場連續(xù)性不高。本文在前期現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對掘進(jìn)作業(yè)中廣泛使用的縱軸式掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)塵特點(diǎn)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(shè)計方案。通過對掘進(jìn)機(jī)炮頭結(jié)構(gòu)的研究與理論計算相

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

3、。
　　對現(xiàn)場掘進(jìn)機(jī)的使用情況進(jìn)行了調(diào)研，對縱軸式掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)塵特征進(jìn)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(chǔ)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(shè)計方案，并結(jié)合泡沫的流動特性對3種泡沫噴頭的設(shè)計可行性進(jìn)行了分析，最終選擇對外導(dǎo)流型弧面泡沫噴頭進(jìn)行設(shè)計。
　　使用Fluent軟件中的VOF模型對泡沫流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了弧面泡沫噴頭主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對泡沫流場形態(tài)的影響，通

4、過正交分析對模擬結(jié)果進(jìn)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(jié)構(gòu)參數(shù)并確定了弧面泡沫噴頭的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。在泡沫噴頭性能實驗系統(tǒng)下對弧面泡沫噴頭進(jìn)行了實驗，設(shè)計了前期可調(diào)節(jié)式弧面泡沫噴頭及支架，實驗測定并繪制了泡沫擴(kuò)展角和連續(xù)段長度與導(dǎo)流沖擊角和導(dǎo)流體長度的變化曲線，印證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并最終確定了弧面泡沫噴頭的加工尺寸最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)為導(dǎo)流體曲率半徑510mm，導(dǎo)流體長41mm，導(dǎo)流沖擊角26.3°，導(dǎo)流體寬30.7

5、mm，泡沫噴頭口徑為12mm。
　　設(shè)計了泡沫噴頭的流量分布測試實驗系統(tǒng)，測試結(jié)果表明，較于平扇和實心錐噴頭，弧面泡沫噴頭的導(dǎo)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(shè)計適用于作業(yè)現(xiàn)場的分體和一體式環(huán)形支架，通過球接頭和法蘭結(jié)構(gòu)相結(jié)合，實現(xiàn)了泡沫噴頭安裝角度的調(diào)節(jié)，進(jìn)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(shè)鋼制保護(hù)罩體，有效地防止了掘進(jìn)機(jī)作業(yè)過程中由高處垮落的煤巖塊對弧面