综采工作面粉尘运移规律及喷雾降尘参数优化研究_王甜.pdf
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1、第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb 2023综采工作面粉尘运移规律及喷雾降尘参数优化研究王甜1,李佳阳1,吕靖昊2,张义宇2(1 哈尔滨石油学院,哈尔滨 150027;2 黑龙江科技大学,哈尔滨 150000)摘要:为降低综采工作面的粉尘浓度,提升喷雾降尘效果,从水平运动与重力沉降两方面入手,分析了粉尘运移规律,指出了影响喷雾降尘效率的因素,包括喷雾压力、喷嘴直径和雾化角度,通过设计仿真实验,对这 3 项参数进行优化。从仿真结果来看,采煤机外喷雾的降尘效率从原来的 80.55%提升至 94.51%,除尘效果得到了显著
2、提升。实际生产还需结合现场环境灵活调整各项参数,进一步降低作业成本,提升经济效益。关键词:综采工作面;重力沉降;雾化角度;降尘效率中图分类号:TD714文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0042 03Study on Law of Dust Migration in Fully Mechanized Mining Faceand the Optimization of Spray Dust Removal ParametersWang Tian1,Li Jiayang1,Lv Jinghao2,Zhang Yiyu2(1 Harbin Institute of Pet
3、roleum,Harbin 150027,China;2 Heilongjiang University of Technology,Harbin 150000,China)Abstract:In order to reduce the dust concentration of fully mechanized mining face,and improve spray dust removaleffect,the study analyzes dust migration law from horizontal motion and gravity settling;points out
4、the influencing factorsof spray dust removal efficiency,such as spray pressure,nozzle diameter and pulverization angle;and optimizes 3parameters through design simulation experiment.The simulation results show that dust removal efficiency of shearerspray increases from 80.55%to 94.51%,and dust remov
5、al effect improves significantly.It is suggested to adjustvarious parameters in practical production through combining with conditions on site,further reduce activity cost,andpromote economic benefits.Key words:Fully mechanized mining face;Gravity settling;Pulverization angle;Dust removal efficiency
6、收稿日期:2022 12 22黑龙江省教育科学规划重点课题“OBE CDIO 理念下 机械制图 与 计算机绘图 课程的融合与实践”(ZJB1421001);黑龙江省自然科学基金项目联合引导项目“采煤作业粉尘运移机理与煤体浸润性研究”(LH2022E096)作者简介:王甜(1988 ),女,硕士研究生,讲师。喷雾除尘是煤矿企业降低综采工作面粉尘浓度的一种常用措施,通过高压喷水方式,使水通过微孔喷嘴形成水雾,高速移动的雾滴与粉尘碰撞后增加了质量,令飘散或悬浮在空气中的粉尘能够更快地降落至地面,达到降尘效果。实际生产中存在多种因素影响喷雾除尘效率,如喷嘴直径、雾化角度、喷雾压力及喷雾作用区长度等。合
7、理确定喷雾降尘参数不仅能进一步提升降尘效率,对延长设备使用寿命、降低作业成本也有着显著影响。1综采工作面不同粒径粉尘的运移规律1.1水平运动粉尘以一个初速度 U0从综采工作面上抛出,在空气阻力的影响下速度逐渐变慢,并在自身重力作用下沉降至地面。如果忽略粉尘自身重力,那么粉尘在水平方向上只需克服空气摩擦力向前流动,运动速度 Ux取决于初速度 U0,两者关系式为:Ux=U0e1粉尘在水平方向上的移动距离 x 的计算公式为:x=U0(1 e1)粉尘粒径通过影响粉尘速度的衰减速率来决定在水平方向上的移动距离。通常来说,粉尘粒径越小所受的空气摩擦力越小,在相同的初速度下可移动的距离更远。由于粉尘自身重量
8、极小,因此由机械力提供的初速度很难支持粉尘进行长距离的移动,相比之下,位于尘源处的气流速度对粉尘水平移动距离的影响更24加明显,如果气流速度较大,那么质量极小的粉尘会随着气流飘散至很远的距离。要想控制粉尘的运移距离,必须要控制气流速度。1.2重力沉降粉尘无论处于静止还是运动状态都会在重力作用下沉降,在不考虑风力、空气阻力等外界因素的情况下,静止状态的粉尘会垂直沉降,而运动状态下的粉尘则会沿着运动方向以抛物线的形式沉降,当空气阻力、空气浮力、粉尘重力达到平衡时,粉尘会以恒定速度沉降。沉降速度主要与自身密度和粒径有关,且为正相关,即密度和粒径越大,则沉降速度越快。对于粒径不足 5 m 的粉尘,沉降
9、速度基本可以忽略,在没有气流影响的情况下,可长时间悬浮在空气中。以粒径为1m 的粉尘为例,在真空环境下从距离地面 1.5 m 高的位置沉降,至少要 6 h 才能落到地面1。实际工作环境中存在各种紊流,因此粒径在 5 m 以下的粉尘很难沉降,多数情况下都会随着紊流四处运移。2综采工作面喷雾降尘效率的影响因素2.1喷雾压力喷雾压力主要影响水雾颗粒的粒径与速度。喷雾压力越大,喷出的水雾颗粒越小、越密,从而与空气中粉尘的碰撞接触几率越大,同时水雾颗粒的运动速度越快,与粉尘碰撞更加剧烈,两者融合程度更好,进而提升了除尘效率。当喷雾的雾化角度为 60、喷嘴直径为 1.0 mm 时,使用 Matlab 软件
10、模拟除尘效率随喷雾压力的变化情况,喷雾压力分别为 2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa 时,除尘效率曲线如图 1 所示。图 1不同喷雾压力下除尘效率对比Fig.1Comparison of dust removal efficiency under different spray pressure由图1 可知,在喷嘴直径和雾化角度一定的情况下,除尘效率与喷雾压力为正相关。当喷雾压力为2 MPa时,对于直径为10 m 的粉尘,降尘效率只有8%。将喷雾压力增加至10 MPa 后,对于直径为 10 m 的粉尘,降尘效率可达到91.5%,提升了11.4 倍。这是因为增加喷雾压力
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