干式钻孔除尘的关键技术研究

摘要

钻孔抽放瓦斯是瓦斯抽放的主要方式，在其钻进时多采用干式风力排渣，产生的大量粉尘严重影响着煤矿的安全生产和作业人员的身心健康。因此，如何降低钻孔作业产生的粉尘浓度已成为干式钻孔亟待解决的问题。而钻场空间狭小、风力排渣时风流中瓦斯含量高、需要降尘系统体积小、重量轻、水量小等问题一直是干式钻孔除尘中的关键技术难题。针对这些问题，本文通过理论分析、实验室试验、工业性试验等方法对干式钻孔除尘中新型动力源、控尘技术等关键技术进行了研究。取得了如下研究成果:
　　(1)根据钻孔粉尘的浓度、粒度分布等特性和井下环境的特殊性，提出了基于环缝式引射器的分级除尘思路，在此基础上设计了气动孔口除尘系统，并结合井下压风排渣参数、除尘器的阻力要求和煤矿安全规程，确定出除尘系统的主要技术参数:处理风量11m3/min，阻力不大于1500Pa，总粉尘的除尘效率不小于99％。
　　(2)根据附壁射流理论，研制出了除尘器的新型动力源—环缝式引射器，并在实验室进行了试验研究，得出了工作参数（工作压力、进口静压和背压）对其性能的影响规律。结果表明:对于几何结构固定的环缝式引射器，存在一个临界背压值Pd（Pd=520Pa），高于该背压值会导致环缝式引射器性能发生改变。低于该背压值，环缝式引射器性能基本保持不变。工作压力为0.6MPa时，引射效率达到了7.08％，而以喷嘴结构为主的引射器的引射效率为1～5％，并得出环缝式引射器的合理工作参数为:工作压力为0.4～0.5MPa，背压≤520Pa。
　　(3)根据气固两相流理论和现场钻孔的实际情况，建立了钻孔除尘的实验模型，首次对吸尘罩的最佳入口风速和微负压进行了试验研究。结果表明:在考察范围内，吸尘罩的最佳入口风速为4.74m/s，对应的微负压为18Pa。
　　(4)在实验室对气动孔口除尘器的性能进行了试验研究，得出了气动孔口除尘器的合理结构参数:双层40目的过滤网;工作参数:工作压力0.5MPa、耗水量30L/min，并使除尘器的除尘效率达到了99.24％以上。
　　(5)在四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司对气动孔口除尘系统的性能进行了试验验证。结果表明:气动孔口除尘系统体积小、重量轻、拆卸方便，工作中不受瓦斯浓度影响且降尘效率均在95.5％以上，使工作场所的粉尘浓度由2920mg/m3下降到了123.3mg/m3，作业人员工作环境得到了极大的改善。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 干式钻孔粉尘治理现状

1．2．2 孔口除尘器的研究现状

1．2．3 引射器的研究现状

1．3 论文研究的目的和意义

1．4 论文研究内容和技术路线

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 技术路线

2 气动孔口除尘系统的总体设计

2．1 粉尘的动力学性质及其运动特性

2．1．1 粉尘的基本性质

2．1．2 粉尘的运动特性

2．1．2 粉尘粒子的扩散

2．2 钻孔粉尘特性和分布规律

2．3 气动孔口除尘系统的总体方案

2．3．1 干式钻孔除尘系统设计的影响因素

2．3．2 总体除尘方案的确定

2．3．3 除尘系统组成

2．4 气动孔口除尘系统的关键部件的设计

2．4．1 气动孔口除尘器主要技术参数确定

2．4．2 气动孔口除尘器主要部件的设计

2．4．3 吸尘罩的设计

2．4．4 管路连接

2．5 小结

3 孔口除尘的关键技术研究

3．1 环缝式引射器研究

3．1．1 环缝式引射器的引射机理

3．1．2 环缝式引射器的结构及其工作原理

3．1．3 环缝式引射器的试验研究

3．2 控尘技术研究

3．2．1 气固两相流理论

3．2．2 吸尘罩型式的研究

3．2．3 吸尘罩入口风速和微负压的试验研究

3．3 小结

4 气动孔口除尘器的试验研究

4．1 气动孔口除尘器的除尘机理

4．1．1 气动孔口除尘器的除尘过程

4．1．2 水膜除尘机理

4．2 实验条件、装置及系统

4．3 气动孔口除尘器除尘性能的试验研究

4．3．1 处理风量和除尘器阻力的关系

4．3．2 不同过滤网与除尘器阻力的关系

4．3．3 除尘效果的实验结果与分析

4．4 小结

5 工业性试验研究

5．1 试验地点概况

5．2 试验系统

5．3 试验条件

5．4 试验结果

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 问题与展望

参考文献

致谢

附录 作者在攻渎硕士期间发表的论文