综采工作面水雾对呼吸性粉尘捕集作用研究

摘要

本文从矿井的环境治理入手，着重研究了综采工作面的呼吸性粉尘喷雾降尘的技术研究；为此本文以河南能源某矿2612综采工作面工况条件为基础，通过理论分析，数值模拟和相似模拟实验对综采工作面呼吸性粉尘进行降尘研究，主要的结论有： （1）通过对于水力雾化与空气雾化的机理分析，解释了它们不同的雾化过程与方式，分析了雾化效果的影响因素。得出了液滴破碎的临界韦伯数，计算出了液滴破碎时液滴与气流的临界相对速度与液滴破碎维持的最大粒径，表明了液滴破碎时粒径大小与相对速度的反比关系。 （2）分析水雾捕尘的多种作用机理，讨论雾滴捕尘的惯性碰撞、截留、重力沉降、自身所带静电力以及扩散作用。并且通过建立一碰撞和截留机理作用的捕尘效率数学模型，得出随着相对速度vr、粉尘粒径d p和粉尘密度?p的增大，雾流捕尘效率会上升，并且随着雾滴粒径减小，捕尘效率也会得到提升。 （3）通过简化雾滴于气流中的数学模型，计算出了雾滴与气流中的运动方程，得出雾滴粒径较小时，它的水平方向速度远远大于竖直方向速度，会获得一个较好的有效射程，提高雾滴的主动碰撞。同时结合雾滴的自然蒸发时间考虑，综合得出对于呼吸性粉尘的捕捉，应该考虑的雾滴粒径在50~100μm之间。 （4）利用FLUENT模拟喷雾降尘，对比不同粒径的雾滴喷雾降尘，得出雾滴中位径在50μm时，对于呼吸性粉尘能有较好地捕集效率，平均粉尘浓度下降比为80.12%。 （5）通过试验研究，未开启喷雾的粉尘浓度在巷道（模拟综采面）的走向上，其呈现先增大后减小的现象，在距离尘源3m处附近，粉尘浓度达到了峰值，达到了446.14mg/m3，之后浓度就开始减小；且得出粉尘浓度在前半段的增长幅度大于后半段的下降幅度。 （6）开启喷雾后，对比不同喷雾压力的喷雾降尘效果，采取喷雾压力为0.5MPa 可以达到最好的喷雾降尘效果，对于粉尘的平均降尘率为 80.6%。且喷雾压力为0.5MPa的时候，通过对比喷雾前后雾滴粒径分布规律，得出对于呼吸性粉尘，喷雾粒径在30-50μm左右是最为合理的粒径范围，能很好的捕集呼吸性粉尘。

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