综采工作面粉尘分布规律研究

论文摘要

综采工作面是煤矿产尘量最大的作业场所,生产时粉尘浓度超过国家卫生标准数十倍甚至上百倍,严重的威胁到井下职工的身体健康和生命安全。综采工作面的粉尘防治已成为当前煤矿安全工作的难题之一。现场很多除尘系统的设计、设备的布置都不能达到最佳效果或者不能使用在关键点上,问题就在于粉尘分布规律不清晰,所以研究煤尘在综采工作面的分布规律对制定有效的防尘、降尘措施具有重大意义。本文从综采工作面粉尘治理难度大,粉尘浓度居高不下,粉尘分布规律认识模糊等现状出发,针对赵庄煤矿1303综采工作面,通过数值模拟的方法,研究综采工作面风流分布和粉尘分布规律,并对综采工作面滚筒割煤时工作面空间的粉尘进行粒径分级研究,通过软件模拟和试验分析得出综采工作面风流分布和粉尘分布规律,论文依据所得到的研究成果,对综采工作面粉尘防治提出了针对性的防尘措施建议。本文取得的主要研究成果如下:(1)得出了综采工作面风流分布规律:即在工作面横断面上,从煤壁到人行道,风速逐渐降低;沿工作面长度方向上,采煤机位置处的风速比其上下风向对应位置的风速都大。(2)按工作面进风含尘、采煤机割煤产尘和移架产尘对粉尘变化情况进行了研究,得出了工作面粉尘分布规律。(3)得出了顺风、逆风割煤时工作面的粉尘运动规律。工作面进风所含粉尘和滚筒截割产生的粉尘,主要在沿煤壁附近的机道空间运动,并不断沉降,多数粉尘落在煤壁和工作面顶、底板上被捕获,运动轨迹终止;煤尘扩散速度有限,只有少数粉尘扩散到人行道空间,随风流排出工作面。(4)得出了顺风、逆风割煤时工作面的粉尘浓度分布规律。逆风割煤时,离工作面底板越近粉尘浓度越大,顺风割煤时正好相反。两种情况下,粉尘浓度沿程逐渐减小。从机道向人行道,粉尘浓度由大变小。这与风速分布规律相吻合。(5)对综采工作面割煤时工作面的粉尘按粒径进行了粉尘浓度分级研究,研究得出:工作面的粉尘平均粒径在19μm～43μm之间,小于7.1μm的呼吸性粉尘占总量的8.5%～22%;粒径小于40μm的粉尘质量百分比沿程不断增大,粒径为40μm～100μm的粉尘质量百分比沿程不断减小;粒径小于10μm的粉尘浓度沿程保持稳定,粒径为10μm～80μm的粉尘浓度沿程具有先增大后减小的规律,粒径为80μm～100μm的粉尘浓度沿程一直减小。本文的创新点在于:对综采工作面滚筒割煤时工作面空间的粉尘进行粒径分级研究,得出了不同粒径粉尘以及呼吸性粉尘在工作面的粉尘浓度分布规律,为针对性地采取防尘措施提供了依据。研究得出:粒径小于40μm的粉尘占尘样质量百分比沿程不断增大,粒径为40μm～100μm的粉尘占尘样质量百分比沿程不断减小;粒径小于10μm的粉尘浓度沿程保持稳定,粒径为10μm～80μm的粉尘浓度沿程具有先增大后减小的规律,粒径为80μm～100μm的粉尘浓度沿程一直减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 粉尘的危害概论
• 1.3 综采工作面粉尘防治技术国内外研究现状
• 1.4 综采工作面风流分布和粉尘分布规律的国内外研究现状
• 1.4.1 通风流场、粉尘运动和浓度分布规律的理论、实验研究现状
• 1.4.2 通风流场、粉尘运动和浓度分布规律的数值模拟研究现状
• 1.5 课题的研究目的、研究内容及研究方法
• 1.5.1 课题的研究目的
• 1.5.2 课题的研究内容
• 1.5.3 课题的研究方法
• 2 粉尘的性质及气固两相流理论
• 2.1 粉尘的基本性质
• 2.2 气固两相流理论
• 2.3 尘粒的运动和扩散
• 2.3.1 不同粒径粉尘颗粒的运动特性
• 2.3.2 粉尘颗粒的扩散
• 3 综采工作面风流分布规律的研究
• 3.1 综采工作面风流分布规律的数值模拟
• 3.1.1 FLUENT数值计算方法
• 3.1.2 气体流动的数学模型
• 3.1.3 几何模型的建立和计算网格的生成
• 3.1.3.1 建立几何模型
• 3.1.3.2 划分计算网格
• 3.1.4 数值模拟参数及边界条件的设定
• 3.1.5 综采工作面逆风割煤风流分布规律数值模拟结果分析与规律总结
• 3.1.6 综采工作面顺风割煤风流分布规律数值模拟结果分析与规律总结
• 3.2 综采工作面断面风速的现场测定和数据分析
• 3.2.1 测试方法
• 3.2.2 测点的布置
• 3.2.3 测定结果及分析
• 3.3 综采工作面风流分布规律
• 4 综采工作面粉尘分布规律的研究
• 4.1 综采工作面粉尘分布规律的数值模拟
• 4.1.1 粉尘运动数学模型的选择
• 4.1.1.1 气固两相流模拟的数学模型
• 4.1.1.2 离散相运动的数学模型
• 4.1.2 数值模拟参数及边界条件的设定
• 4.1.3 综采工作面逆风割煤时粉尘运动和浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.1.3.1 逆风割煤时粉尘运动规律模拟结果
• 4.1.3.2 逆风割煤时粉尘浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.1.4 逆风割煤时移架产尘粉尘运动和浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.1.5 综采工作面顺风割煤时粉尘运动和浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.1.5.1 顺风割煤时粉尘运动规律模拟结果及分析
• 4.1.5.2 顺风割煤时粉尘浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.1.6 顺风割煤时移架产尘粉尘运动和浓度分布规律模拟结果及分析
• 4.2 综采工作面粉尘浓度的现场测定和粉尘粒度分析
• 4.2.1 测试方法
• 4.2.1.1 总粉尘浓度的测定方法
• 4.2.1.2 粉尘粒度分布的测定方法
• 4.2.2 粉尘浓度的测定
• 4.2.2.1 粉尘浓度测定条件
• 4.2.2.2 测点的布置
• 4.2.3 实测数据与规律分析
• 4.2.3.1 顺风割煤时粉尘浓度实测数据及规律分析
• 4.2.3.2 逆风割煤时粉尘浓度实测数据及规律分析
• 4.2.3.3 移架产尘粉尘浓度分布规律分析
• 4.2.4 综采工作面粉尘粒度分布规律和粒径分级研究
• 4.2.4.1 综采工作面粉尘粒度分布实验结果
• 4.2.4.2 综采工作面粉尘粒径分级研究
• 4.3 综采工作面粉尘分布规律
• 4.3.1 综采工作面粉尘运动规律
• 4.3.2 综采工作面粉尘浓度分布规律
• 4.3.3 综采工作面割煤时粉尘粒度分布规律和粒径分级分析
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 综采面防尘措施建议
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 参考文献
• 致谢