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我国具有粉尘爆炸危险和尘肺病危害的矿井大量存在,严重威胁到煤矿安全生产和人员健康。作为煤层开采最基本的生产工序之一,综掘面掘进机割煤(岩)是矿井主要的尘源之一。本文着眼于井工开采中所产生粉尘的治理问题,研制高效率的综掘面水气旋转射流降尘技术,并对其除尘效果进行实验研究,其特点是结构简单,安全性能好,适用性广。
本文研究的主要内容有综掘面降尘技术除尘机理,利用有限空间射流理论、高等流体力学、计算流体力学、通风除尘、数理统计等理论研究分析综掘面降尘系统吸尘与除尘基本原理,确定实验研究相关参数及其范围,对实验研究、数字模拟研究结果进行分析总结。实验研究包括曲线拟合实验和参数优化实验。曲线拟合实验主要是分析不同喷雾装置结构型式等对喷雾装置除尘效率的影响,参数优化实验是用多目标决策法寻求最优参数。
本文研究的实验研究方法主要有实验室实验研究、数值模拟实验研究和现场工业性试验研究。实验室研究包括不同喷雾装置模型的制作、实验系统的建立、实验数据的测定分析等;选择最佳的实验方案,确定综掘面水气旋转射流降尘技术的最优化结构配置;采用曲线拟合的方法分析不同喷雾装置型式对综掘面水气旋转射流降尘技术除尘效率的影响,找出针对综掘作业产生粉尘的最佳处理方式。数值模拟实验主要是对综掘面气液两相流运动情况进行模拟计算,模拟结果表明,综掘面水气旋转射流降尘技术对综掘作业时所产生的粉尘起到了很好的控制作用,有效地达到了除尘效果,提高了煤矿生产的安全系数。通过将综掘面水气旋转射流降尘技术应用于综掘工作面现场,有效地解决了综掘作业时的粉尘污染的问题,现场的工业性试验结果体现了综掘面水气旋转射流降尘技术的经济性和实用性。
通过数值模拟研究和工业性试验研究,有效地验证了实验研究的正确性,很好地说明了综掘面水气旋转射流降尘技术对治理综掘作业时所产生的粉尘的效果是安全和高效的。