掘进工作面湿润剂雾化降尘关键技术的研究

发布时间：2017-09-17 17:37

  本文关键词：掘进工作面湿润剂雾化降尘关键技术的研究

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【摘要】：煤尘是煤矿五大自然灾害之一。煤尘严重影响着矿井安全生产,对井下工人的身心健康造成了威胁。随着掘进工作面机械化采掘效率的提高,掘进巷道高浓度粉尘危害日趋严重。现有掘进工作面降尘技术主要是物理方法,对疏水性的煤尘降尘效果不理想。近年来发展的水中添加化学湿润剂的降尘技术可以增强水对煤尘的润湿效果,提高降尘效率,但研究成果仍存在许多不足。基于此,本文对应用于掘进工作面的湿润剂雾化降尘关键技术进行了研究,着重于高效降尘湿润剂的复配优选及湿润剂添加装置的研究,为湿润剂雾化降尘技术的进一步应用提供技术保障。通过分析雾化理论、喷雾降尘原理及表面活性剂特性,得到水中添加湿润剂后喷雾降尘效率提高的原因:湿润剂的主要成分表面活性剂可以降低水的表面张力,增强雾化效果,提高雾滴捕尘效率;并且表面张力的降低减小了尘粒与雾滴碰撞过程中的阻力,使尘粒易于穿透雾滴液膜被液体润湿;同时表面活性剂由于其特殊的分子结构,可以改变煤尘表面的化学组成,易于被液体润湿,提高降尘效率。研究结果为湿润剂的复配优选提供了理论基础。针对目前湿润剂成分单一,降尘效果差的缺陷,基于各类煤尘的润湿性,采用表面张力测量、接触角测量及煤尘沉降实验,复配优选出降尘湿润剂。通过模拟巷道的喷雾降尘实验,得到复配湿润剂对不同种类煤尘的降尘效率。实验表明,复配湿润剂对各类煤尘的降尘效率均有大幅提高,特别是对强疏水性煤尘降尘效果尤为突出,验证了复配方案的合理性。研究结果提供了一种高效降尘湿润剂的复配优选方案。针对现有湿润剂添加技术的不足,提出了应用于煤矿井下的可调比例湿润剂添加装置。该装置无需电力驱动,依靠井下静压水作为驱动力,添加浓度稳定且易于调节。针对掘进工作面对湿润剂雾化降尘系统进行了布置。利用Solidwoks软件对添加装置三维建模,建立了添加装置的工作特性理论模型,对浓度调节原理进行了阐释,并采用有限元分析软件Ansys对添加装置缸体结构进行了静力学仿真优化。换向机构是添加装置的关键元件。对换向机构运用Adams软件进行了动力学仿真优化。通过分析不同从动摇臂长度下换向机构的动态特性,结果表明,采用较小的摇臂长度(l=17mm)可以满足阀芯动作要求,且机构部件受力较小并且换向后受力稳定,仿真结果为物理样机的试制和改进设计提供了依据。
【关键词】：煤尘 湿润剂 雾化降尘 添加装置
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 煤矿粉尘的危害11
• 1.2 掘进工作面产尘机理及粉尘治理研究现状11-13
• 1.2.1 掘进工作面产尘机理11-12
• 1.2.2 掘进工作面粉尘治理研究现状12-13
• 1.3 湿润剂降尘国内外研究现状13-18
• 1.3.1 湿润剂国外研究现状13-14
• 1.3.2 湿润剂国内研究现状14
• 1.3.3 湿润剂添加工艺研究现状14-18
• 1.4 本课题的研究意义和内容18-19
• 1.4.1 研究意义18-19
• 1.4.2 研究内容19
• 1.5 本章小结19-21
• 第二章 湿润剂喷雾降尘机理分析21-33
• 2.1 雾化机理21-26
• 2.1.1 静态液滴的形成与破裂22-23
• 2.1.2 液滴在稳定气流中的破裂23-25
• 2.1.3 液滴在紊流区中的破裂25-26
• 2.2 喷雾降尘基本原理26-29
• 2.3 添加表面活性剂提高喷雾降尘效果的机理分析29-31
• 2.3.1 表面活性剂及其特性29-30
• 2.3.2 表面活性剂提高尘液碰撞概率的机理30
• 2.3.3 表面活性剂润湿粉尘机理30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 湿润剂的复配优选33-49
• 3.1 表面活性剂与煤种匹配性能研究33-36
• 3.1.1 不同煤种的润湿性研究33-35
• 3.1.2 表面活性剂溶液对煤样的润湿性研究35-36
• 3.2 表面活性剂单体的优选36-41
• 3.2.1 表面活性剂单体溶液表面张力的测量37-39
• 3.2.2 表面活性剂单体溶液接触角的测定39-40
• 3.2.3 表面活性剂单体溶液的煤尘沉降实验40-41
• 3.3 表面活性剂的复配41-43
• 3.3.1 复配溶液表面张力的测量41-42
• 3.3.2 复配溶液接触角的测定42
• 3.3.3 复配溶液的煤尘沉降实验42-43
• 3.4 湿润剂喷雾降尘模拟实验研究43-48
• 3.4.1 实验系统43
• 3.4.2 实验步骤43-45
• 3.4.3 实验结果与分析45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 湿润剂添加装置整体设计49-67
• 4.1 湿润剂降尘系统的布置49-51
• 4.2 添加装置的模型建立51-53
• 4.3 添加装置工作原理53-60
• 4.3.1 添加装置工作特性理论模型53-58
• 4.3.2 浓度调节原理分析58-60
• 4.4 缸体的设计60-65
• 4.4.1 缸体壁厚的计算60
• 4.4.2 缸体的有限元仿真分析60-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 换向机构的动力学仿真优化67-83
• 5.1 结构与工作原理67-68
• 5.2 换向机构的动力学仿真68-81
• 5.2.1 几何模型的导入69
• 5.2.2 模型的设置69-70
• 5.2.3 约束和载荷的添加70-74
• 5.2.4 仿真控制74
• 5.2.5 仿真结果对比分析74-81
• 5.3 本章小结81-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 主要结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间发表的学术论文90

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本文编号：870790