鐵甲工程機械網(wǎng)> 工程機械資訊> 行業(yè) > 金龍哲教授團隊:礦山噴霧降塵技術(shù)與裝備研究進展(視頻解讀)

金龍哲教授團隊:礦山噴霧降塵技術(shù)與裝備研究進展(視頻解讀)

語音播報
點擊播放

編者按

當前,我國礦山作業(yè)環(huán)境粉塵濃度嚴重超標,成為危害礦工身體健康與安全的“頭號殺手”。 為遏制塵肺病快速增長、保障工人職業(yè)健康與安全,黨中央、國務(wù)院高度重視粉塵工程防護工作,先后發(fā)布了《健康中國行動(2019—2030年)》《國家職業(yè)病防治規(guī)劃(2021—2025年)》《塵肺病防治攻堅行動方案》等文件,多次提出了強化粉塵工程防護與源頭治理的任務(wù)要求。在此背景下,為保障工人職業(yè)健康與安全,推動“健康中國”戰(zhàn)略與智慧礦山建設(shè),推進礦山行業(yè)進入安全、綠色、智能開采時代,《金屬礦山》編輯部特邀北京科技大學金龍哲教授團隊劉建國老師講授《礦山噴霧降塵技術(shù)裝備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀》,以饗讀者。

講授人簡介

劉建國

北京科技大學副教授、博士(后)、碩士研究生導師,《金屬礦山》青年專家學術(shù)委員。主要從事礦山能源/資源領(lǐng)域職業(yè)安全與健康教學與科研工作,研究方向聚焦于礦山塵毒控制理論與技術(shù)。主持國家自然科學基金項目2項、國家重點研發(fā)計劃子課題3項,中國博士后面上項目、金屬礦山安全與健康國家重點實驗室開放基金、國家衛(wèi)健委粉塵危害重點實驗室開放基金等省部級項目3項,企業(yè)科技攻關(guān)項目12項。參編教材/著作2部;參編國家標準2項,團體標準1項;發(fā)表學術(shù)論文40余篇;以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利12項,完成專利許可轉(zhuǎn)化3項。獲得省部級以上科技獎勵17項,榮獲2023年度中國職業(yè)安全健康協(xié)會青年科技獎(全國10人)。團隊代表性研究成果:

(1)構(gòu)建了礦井“三高兩隔一監(jiān)控”綜合控除塵技術(shù)體系。提出了由高效噴霧降塵、高效化學抑塵、高效除塵器除塵,高低粉塵區(qū)域隔離、人與粉塵隔離,井下粉塵在線監(jiān)控構(gòu)成的礦井“三高兩隔一監(jiān)控”綜合控除塵技術(shù)體系,為礦山企業(yè)粉塵防治技術(shù)管理、科研院所粉塵防治技術(shù)研究提供了技術(shù)框架。

(2)發(fā)明了工程爆破多組分水炮泥減塵降毒技術(shù)。研發(fā)了爆破炮煙絕對生成量精準測試方法與裝備,研制了減塵降毒多組分水炮泥新型添加材料,提出了工程爆破多組分水炮泥制備與應(yīng)用工藝方法,形成了工程爆破多組分水炮泥減塵降毒技術(shù)。該技術(shù)對隧巷道爆破粉塵與CO平均抑制率高于60%。

(3)研發(fā)了對礦山呼吸性粉塵具有顯著捕捉效果的井下移動式干霧隔降塵技術(shù)及裝備,配套開發(fā)了井下氣水共用型多級過濾裝置,并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?,F(xiàn)場實測表明,該技術(shù)裝備在井下巷道綜掘面的平均降塵率達83%以上。

點擊下載PPT

成果薦讀

金屬礦山》“礦井粉塵智能防控理論及新技術(shù)進展”專題

礦山噴霧降塵技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述

成果概要:噴霧降塵技術(shù)以其操作簡單、成本低、降塵效率顯著等優(yōu)勢,成為礦山井下應(yīng)用最為廣泛的降塵技術(shù)之一。但傳統(tǒng)噴霧降塵技術(shù)普遍存在霧滴粒徑大、耗水量多、呼塵沉降效率低等問題。針對以上問題,國內(nèi)外學者對噴霧降塵技術(shù)開展了廣泛研究,但對其研究與應(yīng)用現(xiàn)狀缺少深入總結(jié)。基于此,基于近20 a來礦山噴霧降塵技術(shù)的相關(guān)研究文獻,梳理了噴霧霧化降塵機理、噴霧霧化效果評價參數(shù)與測試方法、噴霧霧化效果影響因素、噴霧降塵效率及其影響規(guī)律的研究現(xiàn)狀。研究結(jié)果表明:噴霧霧化效果評價參數(shù)主要包括霧滴粒徑、霧滴速度、噴霧射程等;噴霧霧化效果與噴嘴結(jié)構(gòu)、氣水壓力、液體物理特性等參數(shù)密切相關(guān);噴霧霧滴粒徑越小、霧滴速度越快,其對粉塵的吸附沉降效率越高。針對礦山噴霧降塵技術(shù)研究現(xiàn)狀,分析了目前存在的不足,并提出了未來的主要研究方向,即進一步探究噴霧霧化機理、完善噴霧霧化效果評價參數(shù)、規(guī)范噴霧降塵效率測定方法、關(guān)注噴霧添加劑對作業(yè)人員身體健康與工作環(huán)境的影響。

文獻引用:金龍哲,劉建國,林清俠,等.礦山噴霧降塵技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述[J].金屬礦山,2023(7):2-17.

礦井降溫技術(shù)研究進展與展望

成果概要:礦井高溫熱害是礦井深部安全開采的重要影響因素之一,有效且經(jīng)濟的礦井降溫技術(shù)對于深部高溫礦井安全且高效開采尤為重要。分析了礦井熱源的種類及熱害對人的影響,并對目前礦井降溫技術(shù)的原理及應(yīng)用研究現(xiàn)狀進行了評述;研究了用于熱害較輕或淺部礦井的非人工制冷技術(shù),著重闡述了用于熱害較重和深部礦井的多種人工降溫制冷技術(shù);對比分析了液態(tài)氣體相變制冷技術(shù)、直膨式熱泵降溫技術(shù)、動力性熱管降溫技術(shù)、個體防護服和渦流管結(jié)合礦井微氣候調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)缺點及其在礦山現(xiàn)場的應(yīng)用研究進展,指出了目前各類降溫技術(shù)存在的共性問題,討論了未來地熱控制及余熱回收利用的技術(shù)發(fā)展趨勢,為選擇合適的深井降溫技術(shù)提供依據(jù)。研究表明:目前礦井降溫技術(shù)雖然飛速發(fā)展但存在能耗較大、制冷系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜且難以維護,只重視降溫而忽略礦井濕度過高,未能充分利用礦井地熱能源價值,非煤礦山專用降溫系統(tǒng)研究較少等不足。針對礦井降溫系統(tǒng)的共性問題提出了開發(fā)節(jié)能且高效的新型降溫技術(shù),著力開發(fā)制冷設(shè)備,堅持降溫除濕并重的原則,充分利用礦井地熱能源以及設(shè)計非煤礦山專用的礦井降溫技術(shù)等應(yīng)對措施。

文獻引用:柳靜獻,李國棟,常德強,等.礦井降溫技術(shù)研究進展與展望[J].金屬礦山,2023(7):18-27.

基于知識圖譜的我國礦井粉塵防治技術(shù)研究進展與展望

成果概要:借助VOSviewer軟件以知識圖譜的形式展示了2000—2022年中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中收錄的1 044篇文獻的作者共被引、關(guān)鍵詞共被引等數(shù)字特征,采取文獻計量學方法分析了礦井粉塵防治領(lǐng)域發(fā)展的時間分布,探究了礦井粉塵防治研究動態(tài)及進展。研究結(jié)果表明:2000—2022年礦井粉塵防治研究整體呈上升趨勢,根據(jù)逐年發(fā)文量以及相對逐年發(fā)文量可以將其劃分為3個階段,即萌芽起步期(2000—2005年)、迅速發(fā)展期(2006—2015年)以及騰飛波動期(2016年至今)。此外,1 831名作者的共被引分析表明,目前已形成了5個聯(lián)系較為密切的學術(shù)群體;3471個關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析表明,目前已經(jīng)形成了5個高相關(guān)性的關(guān)鍵字聚類,分別為煤礦粉塵治理研究聚類、粉塵危害研究聚類、粉塵治理研究聚類、粉塵濃度研究聚類以及數(shù)值模擬研究聚類。在上述分析的基礎(chǔ)上,剖析了現(xiàn)階段我國礦井粉塵防治研究存在的不足:① 粉塵防治理論研究成果轉(zhuǎn)化率有待提高;② 礦井粉塵精準監(jiān)測技術(shù)與體系有待進一步升級;③ 智能礦山建設(shè)背景下,礦山粉塵智慧除塵系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用有待進一步深入;④ 在綠色礦山建設(shè)背景下,社會環(huán)保要求不斷加強,導致不少傳統(tǒng)且行之有效的抑塵方法的應(yīng)用受到一定程度限制。認為未來該領(lǐng)域的重點發(fā)展方向為:① 深化礦井粉塵防治理論研究,充分發(fā)揮多學科交叉研究優(yōu)勢,開展校企聯(lián)合攻關(guān),加強理論與實踐的對話與結(jié)合,進一步提升科技成果轉(zhuǎn)化率;② 加強基于粉塵精準監(jiān)測與員工健康的礦井粉塵實時監(jiān)測與連續(xù)性監(jiān)測系統(tǒng)及設(shè)備的研發(fā);③ 深化精準智慧除塵體系建設(shè),提升礦山粉塵實時監(jiān)測精準度,加強信息化技術(shù)應(yīng)用的深度與廣度;④ 通過技術(shù)突破打破環(huán)保性與經(jīng)濟性難以共存的困境,降低環(huán)保成本,提高環(huán)境效益。

文獻引用:李剛,周哲,胡錦華.基于知識圖譜的我國礦井粉塵防治技術(shù)研究進展與展望[J].金屬礦山,2023(7):28-39.

我國露天礦粉塵防治理論技術(shù)近 20 a 研究進展與展望

成果概要:近年來,國內(nèi)在露天礦粉塵防治方面進行了大量深入的研究和實踐,粉塵防治工作取得了較為顯著的成效,但露天礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)粉塵至今仍難以徹底遏制,粉塵職業(yè)危害防治形勢依然十分嚴峻。為了進一步完善露天礦粉塵防治理論并發(fā)展新興技術(shù),提升我國露天礦粉塵防治水平及效果,根據(jù)近20 a我國露天礦粉塵防治理論與技術(shù)取得的研究成果,詳細闡述了露天礦各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機理及運移規(guī)律,系統(tǒng)總結(jié)了露天礦粉塵預(yù)測及監(jiān)測預(yù)警技術(shù),重點論述了露天礦粉塵防治技術(shù)研究進展,并提出了未來露天礦粉塵防治發(fā)展趨勢。目前,國內(nèi)學者分環(huán)節(jié)闡明了露天礦產(chǎn)塵機理,分析了各因素對粉塵運移的影響,采用各類非線性預(yù)測方法結(jié)合智能優(yōu)化算法構(gòu)建了多種粉塵濃度預(yù)測組合模型,開發(fā)了粉塵在線監(jiān)測預(yù)警技術(shù),逐步形成了粉塵監(jiān)測云服務(wù)平臺,提出了多方式協(xié)同精準控塵方法。但相關(guān)研究主要針對露天礦單一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的粉塵,露天礦各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機理及粉塵運移規(guī)律需要系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)研究,適宜露天礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色、高效、經(jīng)濟抑塵劑有待進一步開發(fā),露天礦粉塵精準監(jiān)測技術(shù)有待進一步完善,粉塵智能防治技術(shù)及裝備亟需攻關(guān),粉塵危害風險分析及預(yù)警平臺尚需探索構(gòu)建。未來,需多學科、多手段協(xié)同推進各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機理及粉塵運移規(guī)律研究,研制綠色、高效、經(jīng)濟的抑塵劑,研發(fā)粉塵濃度高精度、寬量程、耐污染、連續(xù)在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及裝備,研制露天礦粉塵精準智能防治技術(shù)及裝備,構(gòu)建粉塵危害風險大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警平臺。

文獻引用:肖雙雙,馬亞潔,李衛(wèi)炎,等.我國露天礦粉塵防治理論技術(shù)近20 a研究進展與展望[J].金屬礦山,2023(7):40-56.

基于環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測風速的掘進面智能變頻通風控制系統(tǒng)

成果概要:針對傳統(tǒng)局部風機工況點隨掘進巷推進而實時產(chǎn)生偏移的生產(chǎn)安全問題,為研究多環(huán)境參數(shù)(粉塵濃度、甲烷濃度、溫濕度等)對掘進巷風速的影響、探究智能控制技術(shù)指導局部風機變頻運行的途徑,實現(xiàn)對掘進面通風狀態(tài)的實時監(jiān)測、協(xié)同預(yù)測、變頻控制,設(shè)計了一種掘進面智能變頻通風控制系統(tǒng)。基于智能控制理論,采用灰色關(guān)聯(lián)分析算法提取影響掘進巷道需風量的關(guān)鍵因素,以關(guān)鍵因素作為輸入層建立了遺傳—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風速預(yù)測優(yōu)化模型,開發(fā)了組態(tài)王上位機監(jiān)控程序及遠程控制界面,并運用S7-200 SMART PLC搭建了基于比例—積分—微分(PID)風量閉環(huán)調(diào)控技術(shù)的掘進面智能變頻通風控制系統(tǒng)。研究結(jié)果表明:遺傳—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風速預(yù)測優(yōu)化模型可根據(jù)掘進面不同工況環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測風速。智能變頻通風控制系統(tǒng)能夠通過組態(tài)界面實時監(jiān)測井下掘進面環(huán)境參數(shù),還提供自動和手動2種遠程控制方式。相比于恒定電源頻率調(diào)控風機風量,采用PID風量閉環(huán)調(diào)控技術(shù)能遠程智能變頻控制風機風量,從而使巷道實際風速持續(xù)穩(wěn)定逼近預(yù)測值。所研發(fā)的智能變頻通風控制系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于不同類型的礦井,實現(xiàn)通風設(shè)備自適應(yīng)調(diào)控響應(yīng)。

文獻引用:蔣仲安,楊向東.基于環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測風速的掘進面智能變頻通風控制系統(tǒng)[J].金屬礦山,2023(7):57-65.

基于強化傳熱和流阻特性的礦用空冷器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

成果概要:礦用空冷器作為井下水冷降溫系統(tǒng)的末端設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各類高溫礦井中。針對現(xiàn)有礦用空冷器換熱效率及冷量利用率低的問題,采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,從管程和殼程兩個角度出發(fā),對表面式空冷器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,對比了光管空冷器和波紋管空冷器的傳熱性能,揭示了管程波峰高度以及殼程管道排列方式對于礦用空冷器綜合性能(傳熱性能和流阻特性)的影響。結(jié)果表明:波紋管空冷器相較于光管空冷器具有更好的傳熱性能;改變波高可以使傳熱特性提高24%~135%,但同樣會使管內(nèi)流動阻力增大176%~767%;在所模擬的5種波峰高度內(nèi),波峰高度為3 mm的波紋管具有最佳的綜合性能,并且在雷諾數(shù)為4 977時達到最佳性能,綜合評價因子達到最大值1.27;在4種管道排列方式中,管道叉排相較于傳統(tǒng)的順排方式,可以使得換熱量提高約13%。研究成果對于提高礦用空冷器的傳熱效率,改善井下高溫熱環(huán)境具有一定的參考意義。

文獻引用:杜翠鳳,晉偉博,王九柱,等.基于強化傳熱和流阻特性的礦用空冷器結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].金屬礦山,2023(7):66-73.

連采機截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)研究與應(yīng)用

成果概要:為有效治理連采掘進工作面截割區(qū)域的粉塵,針對連采機傳統(tǒng)的噴霧降塵措施存在的霧化效果差、覆蓋范圍小等不足,對降塵用噴嘴進行參數(shù)優(yōu)選試驗,得到具有封控特性的等效孔徑1.8 mm扇形噴嘴和具有霧化捕塵特性的等效孔徑2 mm實心錐形噴嘴?;诩t柳林煤礦15218連采掘進工作面現(xiàn)場條件和連采工藝特征,對該工作面連采機截割區(qū)域進行防塵設(shè)計,研發(fā)了連采機新型外噴霧控降塵裝置,在霧化噴嘴與外噴霧控降塵裝置之間加裝可調(diào)節(jié)萬向球頭,采用“外噴霧控降塵裝置+可調(diào)節(jié)萬向球頭+霧化噴嘴”組合模式,不僅減少了頻繁拆卸噴嘴對外噴霧控降塵裝置內(nèi)螺紋的磨損,還便于調(diào)節(jié)霧化噴嘴噴霧方向,滿足連采機降塵需要。為了提高連采機供水管路水壓,通過對連采機機載各裝置耗水量和連采機供水管路沿程壓力損失的計算,優(yōu)選使用了額定流量250 L/min、額定壓力6.3 MPa的增壓泵對連采機用水進行增壓,綜合形成了適用于紅柳林煤礦連采掘進工作面的連采機截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)?,F(xiàn)場應(yīng)用表明:使用該系統(tǒng)后連采機截割區(qū)域全塵降塵率≥82.3%,呼塵降塵率≥72.5%,有效降低了截割區(qū)域的產(chǎn)塵量和溢塵量,實現(xiàn)了對連采機截割塵源的封閉式高效防控。

文獻引用:唐明云,王樂樂,周亮,等.連采機截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].金屬礦山,2023(7):74-81.

濕式除塵器中氣水噴霧降塵效果試驗研究

成果概要:為提高煤礦井下濕式除塵器降塵效率,改善作業(yè)人員工作環(huán)境,提出了在濕式除塵器中安裝內(nèi)混式空氣霧化噴嘴的降塵方法。首先,基于激光多普勒噴霧霧化特性測試平臺,對比3種空氣帽結(jié)構(gòu)空氣霧化噴嘴的霧化角和霧滴索特爾平均直徑[3,2],優(yōu)選出了霧化效果最佳的噴嘴。其次,基于濕式除塵器與氣水噴霧降塵試驗平臺,選定噴嘴與風機距離、噴嘴供氣壓力、噴嘴供水壓力和風機供氣壓力進行單因素試驗,得到單一最佳水平。最后,基于正交試驗理論,設(shè)計4因素3水平正交試驗,開展了不同工況下的降塵試驗。結(jié)果表明:在同一工況下,孔徑為2.0 mm的壓力扇形噴嘴霧化角最大且霧滴粒徑最小,[3,2]為33.20~50.51 μm,更有利于微細粉塵的捕集與沉降;4因素降塵效率顯著性水平排序?qū)τ谌珘m和呼塵均為:噴嘴與風機距離>噴嘴供水壓力>風機供氣壓力>噴嘴供氣壓力;降塵系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)組合為:噴嘴與風機距離2.25 m、噴嘴供氣壓力0.4 MPa、噴嘴供水壓力0.4 MPa和風機供氣壓力0.2 MPa,全塵與呼塵的降塵效率可分別達到90.06%和75.91%。研究成果可為礦井濕式除塵系統(tǒng)的優(yōu)化及應(yīng)用提供理論參考。

文獻引用:江丙友,張琦,朱志輝,等.濕式除塵器中氣水噴霧降塵效果試驗研究[J].金屬礦山,2023(7):82-90.

連采面壓風口和抽風口風流調(diào)控下除塵效果分析

成果概要:為降低連采面粉塵濃度,對加入抽、壓風口垂直下偏角對降塵效果的影響規(guī)律進行了研究。以紅柳林煤礦25211工作面為例,將壓風筒直徑、壓風口水平偏轉(zhuǎn)角、壓風口垂直下偏角、抽風筒直徑、抽風口水平偏轉(zhuǎn)角和抽風口垂直下偏角等6個參數(shù)作為風流調(diào)控參數(shù),通過數(shù)值模擬獲取了不同風流調(diào)控參數(shù)調(diào)控后的粉塵濃度數(shù)據(jù)?;陧憫?yīng)曲面法和粒子群優(yōu)化算法,以司機位置處和呼吸帶高度粉塵濃度為優(yōu)化目標,獲得了連采面最佳風流參數(shù)。研究結(jié)果表明:加入抽、壓風筒垂直下偏角,改變壓抽比和壓風筒距塵源的位置,粉塵濃度均降低;工作面與連采機之間的作業(yè)空間內(nèi),巷道下部粉塵濃度高于上部粉塵濃度;在距迎頭40 m巷道范圍內(nèi),粉塵濃度呈現(xiàn)出先逐漸增加后逐漸減小的變化趨勢;各參數(shù)對司機位置處和呼吸帶高度的粉塵濃度影響程度分別為>d>d、d>d;通過上述分析獲得的連采面最佳風流參數(shù)為=0.9 m、=1.1 m、=0°、=1°、=10°、=8°。經(jīng)調(diào)控后司機位置處粉塵濃度由297.09 mg/m降低到134.98 mg/m,降低了54.57%;呼吸帶高度粉塵濃度由217.35 mg/m降低到86.50 mg/m,降低了60.20%,有效降低了巷道內(nèi)粉塵濃度,實現(xiàn)了連采面粉塵的高效防控。

文獻引用:邱進偉,鄒云,呂逸飛.連采面壓風口和抽風口風流調(diào)控下除塵效果分析[J].金屬礦山,2023(7):91-98.

10

礦用濕式渦旋一體式除塵器凈化特性

成果概要:為解決現(xiàn)有礦用濕式除塵器脫水效果差、體積大等問題,研發(fā)了一種由特制葉輪、防堵噴頭、導流葉片、防爆電機、一級脫水器、二級脫水器等組成的濕式渦旋除塵器,通過內(nèi)部五重粉塵捕捉和三重脫水過程,實現(xiàn)含塵氣流的高度凈化。除塵器集高能吸風、旋流捕塵、雙級脫水三效合一,特制葉輪既作為動力部件又作為霧化和捕塵部件,整體結(jié)構(gòu)極致簡約、一體化。利用搭建的除塵器凈化性能測試試驗平臺,開展了濕式渦旋除塵器除塵和脫水性能試驗,研究了不同耗水量下除塵器的脫水效果及對不同濃度粉塵的除塵效果。結(jié)果表明:隨著耗水量和粉塵濃度增加,除塵器除塵效率先增加后減小,且當耗水量為1 m/h時,全塵和呼塵的平均除塵效率最佳,分別達到95.8%和88.6%以上;隨著耗水量增大,除塵器脫水效率整體呈遞增的變化趨勢,平均脫水效率達到95.5%以上。研究結(jié)果可為所研發(fā)的濕式渦旋一體式除塵器的進一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

文獻引用:胡勝勇,孫健,郭舒云,等.礦用濕式渦旋一體式除塵器凈化特性[J].金屬礦山,2023(7):99-105.

11

井下受限空間尿素脫硝除塵參數(shù)優(yōu)化試驗研究

成果概要:隨著采礦作業(yè)的機械化、自動化水平不斷提升,井下環(huán)境越來越復(fù)雜,為開展礦井空氣凈化研究,探究尿素脫硝除塵技術(shù)對井下多相污染物治理效率的影響,自主搭建了小型試驗臺模擬受限空間多相污染物擴散系統(tǒng),采用響應(yīng)面中心復(fù)合試驗法建立二次回歸方程分析試驗因素之間的交互作用,確定了最佳參數(shù)。結(jié)果表明:尿素溶液質(zhì)量分數(shù)對脫硝率影響程度最高,同時可以提高除塵率;供氣壓力影響噴嘴霧化效果,對污染物治理影響顯著,供氣壓力過大會降低污染物的治理效率;尿素含量增加,溶液黏度增大,NO和NO的液相擴散系數(shù)和溶解度下降,脫硝效率受限,但對PM10粉塵治理有一定的作用;兩個因素的交互作用對污染物治理均有不同程度的影響,對脫硝率和PM10除塵率的影響顯著,對PM2.5除塵效果貢獻度較小;響應(yīng)面分析確定的最佳配伍參數(shù)為尿素溶液質(zhì)量分數(shù)6.471%、供氣壓力0.603MPa,根據(jù)試驗操作得到的治理效率與預(yù)測值基本一致。該研究可為進一步凈化受限空間多相污染物提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

文獻引用:陳曦,李偉超,葛少成,等.井下受限空間尿素脫硝除塵參數(shù)優(yōu)化試驗研究[J].金屬礦山,2023(7):106-112.

12

掘進工作面不同通風方式的粉塵運移規(guī)律研究

成果概要:為了解決掘進工作面粉塵污染嚴重的問題,運用COMSOL軟件對某礦1019掘進工作面進行了幾何模型構(gòu)建,并基于k-ε湍流模型和流體流動顆粒跟蹤模型,計算了在壓入式和長壓短抽通風方式下的速度切面、風流流線分布以及粉塵粒子的運移軌跡,分析了兩種通風方式對粉塵粒子運移的影響,并研究了掘進工作面在兩種通風方式下的粉塵運移規(guī)律。結(jié)果表明:壓入式通風方式下,由壓風筒將新鮮空氣壓入巷道內(nèi),迫使掘進工作面的粉塵隨風流排出巷道,導致掘進機前方區(qū)域風流曲線非常密集形成多處渦流導致粉塵粒子在渦流處聚集,同時部分粉塵粒子沉淀在巷道底部,還有部分粉塵粒子沿右側(cè)巷道壁面向后方移動,其控塵效果較差;長壓短抽通風方式下,兩風筒前方區(qū)域速度較大,且壓風筒和抽風筒之間風流流線密集;壓風筒吹出氣流裹挾粉塵粒子移動,同時利用抽風筒的抽吸作用將粉塵粒子吸入排出巷道,與壓入式通風方式相比長壓短抽的降塵效果更好。

文獻引用:荊德吉,闞琦笙,張?zhí)?,?掘進工作面不同通風方式的粉塵運移規(guī)律研究[J].金屬礦山,2023(7):113-119.

13

基于水射流引射與干霧降塵技術(shù)的新型孔口除塵裝置研發(fā)

成果概要:為有效控制煤礦井下干式鉆孔作業(yè)的粉塵污染問題,在分析干式鉆孔產(chǎn)塵擴散特性的基礎(chǔ)上,結(jié)合水射流負壓引射與干霧降塵技術(shù)優(yōu)勢,設(shè)計研發(fā)了新型干式鉆孔孔口除塵裝置。通過理論分析與實驗室試驗研究了該裝置各組件的具體結(jié)構(gòu)和主要性能參數(shù),并在楊柳煤礦順層孔鉆場開展了現(xiàn)場試驗,實測了該裝置的除塵效果。結(jié)果表明:新型孔口除塵裝置由孔口集塵裝置、水射流負壓引射裝置、干霧降塵裝置三部分組成,分別具備塵源密閉、抽吸粉塵、捕集外溢粉塵等功能。水射流負壓引射裝置的工作水流量、抽吸量及引射系數(shù)均隨工作水壓的增大呈線性增大。氣壓0.70 MPa、水壓0.18 MPa為單個干霧噴頭的最佳工況參數(shù),當干霧發(fā)生器掛載15個干霧噴頭、干霧降塵裝置距孔口1.2 m時,可實現(xiàn)對孔口全部漏塵點的霧場覆蓋。新型孔口除塵裝置現(xiàn)場應(yīng)用后,鉆機下風側(cè)6 m和20m的全塵除塵率分別達到了88.9%和87.5%,取得了顯著的除塵效果。

文獻引用:王天暘,石晶,周玉竹,等.基于水射流引射與干霧降塵技術(shù)的新型孔口除塵裝置研發(fā)[J].金屬礦山,2023(7):120-128.

14

基于多孔材料的抑塵劑組分緩釋性能測試方法

成果概要:為有效解決抑塵劑在露天使用過程中易受大氣降水侵蝕而導致有效組分流失、有效抑塵作用時間短的問題,提出了一種基于多孔材料的抑塵組分緩釋性能的研發(fā)思路,確定了抑塵組分吸附率和緩釋率的性能評估指標,并設(shè)計了對應(yīng)的室內(nèi)標準測試方法。采用尼龍濾布包裹30~40目粒徑的多孔材料20 g,在質(zhì)量濃度0.5%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液中完全浸泡90 min后取出進行干燥,將多孔材料吸附溶質(zhì)質(zhì)量占總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量的百分比作為吸附率;將吸附溶質(zhì)的多孔材料完全浸泡在純水中10 min后取出進行干燥,將溶解到水中溶質(zhì)的質(zhì)量占總吸附溶質(zhì)質(zhì)量的比值作為緩釋率。選用活性炭進行了應(yīng)用試驗,結(jié)果表明:基于多孔材料的抑塵劑組分具有吸附和緩釋功能,選用的吸附率、緩釋率測試指標及其測試方法合理可行,所構(gòu)建的標準測試試驗方案具有良好的可操作性,試驗測試結(jié)果反映出活性炭具有良好的抑塵劑吸附和緩釋性能。

文獻引用:李明,殷婉捷,唐納德,等.基于多孔材料的抑塵劑組分緩釋性能測試方法[J].金屬礦山,2023(7):129-134.

15

綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)研究及應(yīng)用

成果概要:針對綜掘工作面空間狹小、產(chǎn)塵量大、二次揚塵污染嚴重等問題,以玉華煤礦柴家溝井4-2煤層42221綜掘工作面為例,實測分析了綜掘巷道沿程粉塵分布規(guī)律,提出了基于通風和重力降塵理論的綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)。結(jié)合氣水噴霧降塵和離心力降塵,設(shè)計了可并聯(lián)裝配的氣霧渦旋發(fā)生器,闡述了不同粒徑粉塵在氣霧渦旋發(fā)生器中的運動規(guī)律;采用模塊化設(shè)計思路,設(shè)計了由風流捕集、初級過濾、氣霧團聚、渦旋分離、重力卸灰及二次氣霧6個模塊組成的綜掘工作面氣霧渦旋降塵裝置。采用試驗測試方法分析了氣霧渦旋降塵裝置中供水供氣壓力對降塵效率的影響,并研究了降塵效率與氣水比、液氣比的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著與掘進頭處距離的增加,42221綜掘巷道生產(chǎn)期間沿程粉塵濃度逐漸減小。全塵降塵效率隨著供水壓力和供氣壓力增大而升高;呼塵降塵效率隨著供水壓力增大而升高,隨著供氣壓力增大先升高后降低;處理風量隨著供水和供氣壓力增大而增大;液氣比隨著供水壓力增大而增大,隨著供氣壓力增大而減小。當供水壓力和供氣壓力為0.4 MPa(即氣水比為1)或液氣比控制在0.070~0.075時,氣霧渦旋降塵裝置的綜合性能最佳。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用,柴家溝井42221綜掘巷道平均降塵率約88%。

文獻引用:司俊鴻,王昊宇,霍小泉,等.綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].金屬礦山,2023(7):135-141.

16

金屬濾袋除塵器流場特征研究和優(yōu)化

成果概要:在礦山、冶金等行業(yè)中,金屬濾袋除塵器因其體積小、能在更高過濾風速下使用而得到廣泛應(yīng)用。而高過濾風速狀態(tài)下的金屬濾袋除塵器內(nèi)部流場存在過濾氣流紊亂、流場分布不均勻等問題,導致濾袋頂端粉塵堆積、清灰失效,限制了其穩(wěn)定運行及優(yōu)勢發(fā)揮。采用流體動力學軟件CFD-Fluent對高過濾風速狀態(tài)下除塵器內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),當進風速度由4.5 m/s增至8.9 m/s時,濾袋上部處理風量增幅由1.97%增至4.76%,流場分布均勻性較差。據(jù)此,設(shè)計并制作了Ⅰ型導流板(2塊矩形板,對齊濾袋放置)和Ⅱ型導流板(3塊矩形板,對齊濾袋間隔放置),并將每種導流板模型與水平面呈0°、10°、20°放置。通過對比分析6種優(yōu)化方案下的氣流運動特性、濾袋表面速度以及流量分配系數(shù),進行了流場均勻性優(yōu)化評價。結(jié)果表明:① Ⅱ型導流板安裝模型優(yōu)化效果優(yōu)于Ⅰ型,隨著安裝角度增大,濾袋底部受到氣流沖擊增大,優(yōu)化效果逐漸減弱;② Ⅱ-0型導流板優(yōu)化效果最佳,能使濾袋表面平均速度標準差降至0.209 8,降幅47.4%,使流場綜合流量不均幅值降至0.003 4,降幅69.2%。上述研究結(jié)果為金屬濾袋除塵器在高過濾風速下處理煙氣時的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

文獻引用:顏翠平,李世龍,毛文浩,等.金屬濾袋除塵器流場特征研究和優(yōu)化[J].金屬礦山,2023(7):142-152.

17

礦用局部通風機風量補給及測定組合裝置研發(fā)及應(yīng)用

成果概要:掘進作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵若不能及時地稀釋并排出,容易形成積聚現(xiàn)象,對作業(yè)人員的身體健康造成極大的危害。研發(fā)了一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定組合裝置,并在山東省某金礦-300 m水平探礦穿脈獨頭作業(yè)面進行了試驗。結(jié)果表明:引入該裝置后,隨著掘進作業(yè)推進,在不變更原局部通風機臺數(shù)和型號的情況下,通過對風筒內(nèi)的風壓和風量進行可控式補償,作業(yè)面排塵風速始終維持在0.36 m/s左右,滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2020)的相關(guān)通風設(shè)計要求。該裝置實現(xiàn)了局部通風機風量補給和測定一體化,較好地解決了因掘進距離變長、通風阻力增大造成經(jīng)柔性風筒送達工作面風量減小以及風量測定安全性低、精準度差的問題,對于改善井下作業(yè)環(huán)境、保障金屬礦山獨頭掘進安全生產(chǎn)具有重要意義。

文獻引用:周偉,李剛,賈敏濤,等.礦用局部通風機風量補給及測定組合裝置研發(fā)及應(yīng)用[J].金屬礦山,2023(7):153-158.

18

引射分級氣動噴霧降塵技術(shù)研究及應(yīng)用

成果概要:為了貫徹實行“健康中國”戰(zhàn)略,解決井下粉塵危害嚴重、傳統(tǒng)濕式降塵手段能耗高、工效差的現(xiàn)實問題,提出了引射分級氣動噴霧降塵技術(shù),并研制了引射分級氣動噴霧降塵裝置。利用數(shù)值模擬分析了引射分級裝置內(nèi)部流場、速度場,通過搭建引射分級氣動噴霧降塵試驗平臺開展吸風風速試驗和降塵試驗,進行了噴頭選型以及引射結(jié)構(gòu)模型設(shè)計,同時以吸風風速和試驗降塵效果作為關(guān)鍵監(jiān)測指標,探究了引射分級氣動噴霧降塵裝置的可行性。研究結(jié)果表明:引射分級裝置內(nèi)部形成引射氣流且吸風口風流向噴霧處運移;引射分級霧幕降塵裝置最優(yōu)選擇為SV980噴頭搭配B型引射結(jié)構(gòu)模型,吸塵口中心風速最高為1.27 m/s,吸塵口側(cè)壁風速最高為1.53 m/s;B型引射結(jié)構(gòu)模型總降塵效率、一級降塵效率、二級降塵效率分別達到83.9%、76.6%、7.4%,優(yōu)于單一噴頭及A型引射結(jié)構(gòu)模型。現(xiàn)場試驗表明:掘進司機位置處總粉塵和呼吸性粉塵的降塵效率分別為85.67%和81.02%,有效降低了井下粉塵濃度,保障了人員健康。

文獻引用:佟林全,賈鑫,孫凱,等.引射分級氣動噴霧降塵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].金屬礦山,2023(7):159-167.

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦,主編為中國工程院王運敏院士,現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊(中國科技核心期刊)、中國精品科技期刊(F5000頂尖學術(shù)論文來源期刊)、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術(shù)期刊(A)、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊,被美國化學文摘(CA)、美國劍橋科學文摘(CSA)、波蘭哥白尼索引(IC)、日本科學技術(shù)振興機構(gòu)數(shù)據(jù)庫(JST)等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果,優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告(核心版)》,《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學科核心期刊第1位;根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學術(shù)期刊影響因子年報》(2024版),《金屬礦山》學科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

編排:戴穎熠

審核:王小兵



聲明:本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng),請讀者僅作參考,并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑,請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系,本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理,再次感謝您的閱讀與關(guān)注。

相關(guān)文章
我要評論
表情
歡迎關(guān)注我們的公眾微信