井下巷道气-液喷雾拖车的研究

摘要

随着矿井设备机械化、自动化采掘技术的迅猛发展，矿井采煤效率越来越高，而同时采煤过程中产生的粉尘也随之增多，矿井内粉尘污染问题日趋严重。轨道大巷作为运输行人的主要通道之一，累积了大量粉尘，当运输设备通过巷道时极易带起粉尘形成二次扬尘污染。而现有的定点喷雾降尘设备有喷雾不均而造成巷道部分积水、部分干燥以及喷雾时影响行人运输的缺点；提出过的移动式喷雾装置则由于动力源选择、结构原理设计等的因素而存在着失爆隐患、需要过多人工干预等缺点。
　　 作者分析国内外大巷除尘研究现状，以及基于巷道内粉尘分布规律，设计了一种无需电、液等原动力，拖挂在电机车后便能实现移动式均匀喷雾降尘的气-液喷雾拖车。该装置结构简单，稳定性较好，减少了人工参与的同时也不影响巷道内的正常运输。本课题对该装置的机械结构进行了设计并通过理论计算提出了一些设计原则。
　　 研究现有平板车车架和车轮轮对外盖的基础上对整个装置进行结构设计。设计计算链传动使车轮带动空压机的动力原理从而实现无源化避免了使用电力而存在的失爆隐患；对储水罐、空压机、喷雾头分布位置以及药剂添加装置等部件进行选型设计和校核确保了其稳定性及安全性。
　　 通过绝热过程对压缩空气在水罐内对水体加压的过程进行了理论计算，确定了水罐内腔体积与空气压缩机的比例不大于三的设计原则从而避免了水罐所需加压时间过长，喷雾洒水车长期不出水的缺点。
　　 使用ANSYS对设计的车架以及轮对外盖进行了有限元分析，通过应变图确定了其设计尺寸的安全性。利用FLUNET的VOF模型对压缩空气为水体加压时的罐体内部流场进行了分析，通过罐内气液分布云图以及加压时罐内压强分布及速度矢量图确定了压缩空气为水体加压形成喷雾水流这一原理的合理性，为其使用提供了一定的理论基础。
　　 通过FLUNET的动网格以及离散相与连续相的耦合使用，对矿车列等轨道运输设备经过大巷时巷道内的粉尘分布规律进行了模拟仿真，得出的粉尘浓度分布云图证明了在轨道运输设备后拖挂上喷雾车进行喷雾降尘的合理性和必要性。并通过对FLUNET内置喷头的设置，模拟了六个喷雾头的安装分布，得出的喷雾轨迹图证明了其能够对全巷道截面进行喷雾降尘，验证了喷头安装的合理性。