聶 文,程衛(wèi)民,周 剛,薛 嬌,崔向飛

(1.山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點實驗室培育基地,山東青島 266590;2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東青島

266590)

掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置的研制與應(yīng)用

聶 文1,2,程衛(wèi)民1,2,周 剛1,2,薛 嬌1,2,崔向飛1,2

(1.山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點實驗室培育基地,山東青島 266590;2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東青島

266590)

為了有效噴霧沉降綜掘工作面掘進機截割產(chǎn)塵,數(shù)值模擬確定了噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置吸風(fēng)及內(nèi)部風(fēng)流場的運移規(guī)律,研制了可形成完全覆蓋截割產(chǎn)塵的水霧幕及對截割臂周圍粉塵有效吸入凈化的新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置,并對其性能進行了測定實驗,結(jié)果表明:噴霧壓力由2 MPa增大至8 MPa過程中,選用噴嘴在4 MPa壓力時,噴霧場霧化角及距噴口1.5 m處霧滴群的索特平均直徑D32分別為87.6°及56.295 μm,綜合霧化性能最優(yōu),新型裝置的氣液比先增大后減小,4 MPa時達(dá)到最大值1.269,因此,選定4 MPa為最佳噴霧壓力;新型裝置的現(xiàn)場試驗結(jié)果表明:相對于原有方式,對全塵和呼塵的平均降塵率分別提高了19.4%和20.1%,其中,負(fù)壓二次降塵分別提高了6.0%和6.5%。

綜掘工作面;掘進機;外噴霧;負(fù)壓二次降塵;氣液比

掘進機外噴霧是控制綜掘工作面掘進機截割產(chǎn)塵的主要方式,目前,外噴霧的噴嘴一般安設(shè)在截割頭兩耳部,霧流形狀為水平面,較難形成完全覆蓋截割頭產(chǎn)塵源的水霧幕。由于粉塵具有一定的疏水性,致使完全覆蓋截割頭產(chǎn)塵源的水霧幕也很難將全部粉塵沉降,部分粉塵逃逸出水霧幕向外擴散[1-4]。噴嘴噴霧后在水霧活塞、卷吸等作用下,可在噴口及噴霧場附近形成負(fù)壓場,將掘進機截割臂周圍的粉塵吸入噴霧場,實現(xiàn)負(fù)壓二次降塵,提高單位耗水量的降塵效率。自20世紀(jì)80年代,國內(nèi)外學(xué)者已進行了一定量的掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵技術(shù)研究與試驗,但是,現(xiàn)有成果如英國Conflow系列及在兗礦集團南屯煤礦、山東能源高莊煤礦試驗的技術(shù)均為從一個方向吸塵,不能將掘進機截割臂周圍的含塵氣流有效吸入,限制了外噴霧降塵能力的提高[5-8]。為了解決這個問題,筆者采用數(shù)值模擬、實驗測定及現(xiàn)場試驗相結(jié)合的手段,分析了噴霧負(fù)壓二次降塵機理,研制了新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置,并在現(xiàn)場進行了成功試驗。

1 噴霧負(fù)壓二次降塵機理

噴嘴由氣流引射裝置的噴管內(nèi)向外噴霧時,當(dāng)水霧直徑不小于噴管內(nèi)徑時,便形成了水霧活塞,前方的空氣被水霧源源不斷地推出,后方形成真空,從而在噴口處形成負(fù)壓場,使含塵氣流經(jīng)吸氣部分進入氣流引射裝置的噴管內(nèi);在噴管內(nèi),吸入的粉塵受到水霧的反復(fù)撞擊、碰撞,被強迫與霧滴凝結(jié),噴出管子后,失去了在空氣中的懸浮能力,很快沉降下來;同時,被凈化的空氣與水霧組成的混合物繼續(xù)由噴管以較高速度噴出,在噴出端形成負(fù)壓場,卷吸周圍的含塵氣流進入噴霧場,氣流中的粉塵得到進一步的凈化,從而實現(xiàn)二次降塵[5,8-10]。圖1為水霧活塞機理示意。

2 數(shù)值模擬

為了直觀展示噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)機理,采用FLUENT軟件對噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)氣霧兩相流場進行了數(shù)值模擬,確定了噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置吸風(fēng)及內(nèi)部風(fēng)流場的運移規(guī)律。

圖1 水霧活塞機理示意Fig.1 Schematic diagram of water mist piston mechanism

2.1 數(shù)學(xué)模型

泰勒類比破碎(TAB)模型被廣泛應(yīng)用于工程水射流計算中,是計算霧滴破碎的經(jīng)典方法,基于TAB模型利用FLUENT軟件數(shù)值模擬了噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)氣霧兩相流場。TAB模型是在將霧滴振動及變形與彈性質(zhì)量系統(tǒng)比擬的基礎(chǔ)上得到的,作用在霧滴質(zhì)量m上的空氣動力F對應(yīng)外力,彈性反應(yīng)比擬霧滴壁面張力k,阻尼力比擬霧滴黏性力d,受迫、有阻尼振動的控制方程[11-14]為

其中,x為霧滴由平衡位置的位移量。根據(jù)泰勒比擬可得到

其中,r為未變形前的霧滴半徑,m;u為氣體與霧滴的相對速度,m/s;ρg,ρl為氣體和液體密度,kg/m3;μl為液體黏度,Pa·s;σ為液體表面張力,N/m2;CF, Ck,Cd為無量綱常數(shù)。令y=x/(Cbr)(Cb為無量綱常數(shù)),結(jié)合式(2),式(1)可轉(zhuǎn)化無量綱形式,即

霧滴發(fā)生破碎,對于無阻尼霧滴,若假設(shè)相對速度u不變,則由式(3)可解得

2.2 物理模型

采用GAMBIT軟件建立了噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置的物理模型,該模型由吸塵罩、引射筒、圓錐罩及噴嘴4部分組成,吸塵罩為梯形體,高0.12 m,頂部為長×寬=0.4 m×0.1 m的大矩形,底部與引射筒相連,為長×寬=0.16 m×0.07 m的小矩形;引射筒為長×寬×高=0.4 m×0.12 m×0.12 m的長方體,頂部中央連接吸塵罩,側(cè)部中央連接圓錐罩;圓錐罩為小圓直徑0.07 m、大圓直徑0.1 m的圓錐體,高0.1 m;噴嘴噴口孔徑0.002 2 m,噴口距圓錐罩大圓0.05 m。所建模型以引射筒中央點為原點,x軸正方向為由原點指向圓錐罩大圓圓心,y軸正方向為由原點指向引射筒側(cè)壁小矩形中央點,z軸正方向為由原點指向吸塵罩頂部矩形中央點。對所建的物理模型進行了網(wǎng)格劃分,圖2為噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置網(wǎng)格劃分后物理模型。

2.3 數(shù)值模擬結(jié)果

設(shè)定風(fēng)流進入計算區(qū)域內(nèi)時的截面邊界類型為速度進口,出口處設(shè)為出流,創(chuàng)建并設(shè)置噴射源,噴射類型選擇壓力-平口霧化噴嘴,噴嘴沿x軸正方向噴霧,粒子類型為慣性粒子inert,材質(zhì)為水,終止時間設(shè)為200 s,噴霧壓力為4 MPa,水流量為0.1 kg/s,霧化角為90°,圓錐罩及吸塵罩分別設(shè)為相對壓力出口及進口,初始壓力均為0。噴嘴噴霧后,噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置內(nèi)部風(fēng)流場運移模擬結(jié)果如圖3,4所示。

圖2 網(wǎng)格劃分后物理模型Fig.2 After grid plotting physical model

圖3 內(nèi)部風(fēng)流場運移模擬結(jié)果(整體)Fig.3 Overall view of simulated result of wind flow field migration

圖4 內(nèi)部風(fēng)流場運移模擬結(jié)果(斷面)Fig.4 Single cross-section diagram of simulated result of wind flow field migration

由圖3,4可知:

(1)噴嘴在圓錐罩內(nèi)沿x軸正方向向外噴霧后,高速霧滴推動空氣向圓錐罩外流動,從而在噴口處形成負(fù)壓場,致使吸塵罩頂部吸口處的風(fēng)流除邊緣的極少數(shù)位置沿z軸正方向流動,其余均沿z軸負(fù)方向即指向引射筒流動,并受沖擊射流的影響在引射筒底部形成了兩個基本對稱的渦流風(fēng)流場。

(2)由于吸塵罩為頂面積大的梯形體,外部由吸塵罩流入引射筒的風(fēng)流速度由吸塵罩頂部的平均速度2.64 m/s、速度范圍2.26～3.07 m/s增大至吸塵罩底部的平均速度9.39 m/s、速度范圍9.26～9.58 m/s,并且,在吸塵罩的底部和中間位置,風(fēng)流指向引射筒流動。

3 裝置的研制與性能測定

3.1 裝置的研制

根據(jù)掘進機截割產(chǎn)塵特點及外噴霧負(fù)壓二次降塵原理,研制了新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置,實現(xiàn)了一次噴霧與負(fù)壓二次降塵的有機結(jié)合,以有效控制掘進機截割產(chǎn)塵。圖5,6分別為新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場安裝示意。

圖5 裝置結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of the device

圖6 裝置現(xiàn)場安裝示意Fig.6 On site installation diagram of the device

由圖5,6可知,新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置的整體輪廓成“門”字形,安設(shè)在掘進機截割臂處,位于截割臂的左側(cè)、頂部及右側(cè),包括剛性水管、噴嘴、圓錐罩、引射筒及吸塵罩。引射筒基本尺寸為:外長1.14 m,內(nèi)長0.9 m,寬0.12 m,高0.973 m,方筒的寬0.12 m。圓錐罩、吸塵罩布置在引射筒的外壁上,水管布置在引射筒內(nèi)部。布置8個噴嘴朝向截割頭方向噴霧,所有噴嘴沿圓周方向向外傾斜20°,底部噴嘴還需向下傾斜30°,頂部兩角噴嘴還需向上傾斜20°,從而形成可完全覆蓋截割頭產(chǎn)塵的水霧幕;每個噴嘴配一個圓錐罩與吸塵罩,圓錐罩與噴嘴傾斜相同角度,總長度為0.1 m,小圓的直徑為0.07 m,大圓的直徑為0.1 m,噴嘴噴口與圓錐罩外邊沿的距離為0.05 m。吸塵罩高0.12 m,除頂部兩角外為基本形狀外寬內(nèi)窄的梯形,外部大矩形長0.4 m、寬0.1 m,與引射筒相連的內(nèi)部小矩形長0.16 m、寬0.07 m;頂部兩角處的兩個吸塵罩為基本形狀外寬內(nèi)窄的扇形體,外部大弧形長0.41 m、寬0.1 m,內(nèi)部小矩形長0.155 m、寬0.07 m。

新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置安設(shè)在掘進機截割臂處,與截割頭的位置相對恒定,因此可一直產(chǎn)生完全覆蓋截割產(chǎn)塵的水霧幕,直接將粉塵捕集、沉降。同時,噴嘴噴霧可在噴口及形成的霧場周圍產(chǎn)生負(fù)壓,含有粉塵的氣流將被吸塵罩吸入引射筒,然后經(jīng)過圓錐罩流出,在這個過程中將粉塵與霧場充分混合,將氣流中的粉塵凈化。由于新型裝置與截割頭產(chǎn)塵源的距離始終保持1.5 m左右,并沿截割臂布置,可有效吸入截割臂周圍的含塵風(fēng)流,從而最大程度的捕集、沉降掘進機截割產(chǎn)塵。

3.2 裝置的性能測定

研制的新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置選用霧化性能較優(yōu)的孔徑2.2 mm、含X形導(dǎo)流芯混合式實心圓錐形噴嘴,利用Winner312噴霧激光粒度分析儀、高壓水表等設(shè)備測定了噴嘴2,4,6及8 MPa噴霧壓力時的噴霧場霧化角、流量、距噴口1.5 m處霧滴群的索特平均直徑D32等霧化性能參數(shù)(表1)。

表1 選用噴嘴不同壓力時的霧化性能參數(shù)Table 1 Atomization performance parameters when different nozzle pressure was choosed

由表1可知:噴霧壓力由2 MPa增大至8 MPa過程中,噴嘴霧化角先增大后減小,先由2 MPa時的91.4°緩慢減至4 MPa時的87.6°,然后急劇減至6 MPa時的76.4°,最后緩慢減至8 MPa時的73.5°;有效射程和流量均隨著噴霧壓力的增大而增大,變化趨勢較為平穩(wěn);噴霧場距噴口1.5 m處霧滴群的D32先增大后減小,先由2 MPa時的63.583 μm急劇減至4 MPa時的56.295 μm,然后緩慢減至8 MPa時的52.931 μm;噴嘴在4 MPa噴霧壓力時具有較優(yōu)的霧化角和D32霧滴群,綜合霧化性能最優(yōu)。

對新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置噴霧及吸風(fēng)性能進行了測定實驗,測定了該裝置不同噴霧壓力時的水流量及吸塵罩吸風(fēng)量,并對兩者之間的氣液比進行計算。采用美國TSI牌8347-VELOCICALC風(fēng)速流量表測定不同測點處的風(fēng)速大小,并利用紅彩帶測定風(fēng)速方向。實驗噴霧壓力也設(shè)定為2,4,6及8 MPa,分別對8個吸塵罩吸口處的風(fēng)速進行了測定,確定了該裝置的總吸風(fēng)量。圖7為吸塵罩編號示意,圖中3號和6號吸塵罩外部弧形吸口的面積為0.04 m2,其余6個吸塵罩外部矩形吸口的面積為0.04 m2。圖8為新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置4 MPa噴霧壓力時的噴霧及吸風(fēng)效果,表2為不同噴霧壓力時吸風(fēng)罩吸口處風(fēng)速及吸風(fēng)量,表3為不同噴霧壓力時掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置氣液比。

圖7 吸塵罩編號示意Fig.7 No.schematic diagram of dust hood

圖8 4 MPa噴霧壓力時的噴霧及吸風(fēng)效果Fig.8 Spray and suction effect of the device when the pressure was 4 MPa

表2 不同噴霧壓力時吸風(fēng)罩吸口處風(fēng)速及吸風(fēng)量Table 2 Wind speed and air volume in suction port of the dust hood when the pressure was different

表3 裝置不同噴霧壓力時氣液比Table 3 Gas-liquid ratio of the device when the pressure was different

由圖8及表2,3可知:隨著噴霧壓力的增大,新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置吸塵罩吸口處風(fēng)速和吸風(fēng)量不斷增大,噴霧壓力由2 MPa增大至8 MPa過程中,8個吸塵罩吸口處的風(fēng)速由均值1.956 m/s增大至3.382m/s,吸風(fēng)量也由37.792 m3/min增大至65.344 m3/min;氣液比隨著噴霧壓力的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,先由2 MPa時的1.253增大至4 MPa時的1.269,最后逐漸減小至8 MPa時的1.159,說明該裝置在4 MPa時氣液比最佳,并且,4 MPa時形成的水霧幕噴霧場較大,可完全覆蓋掘進機截割產(chǎn)塵,也可輕易地將吸塵罩吸口處的紅色條帶吸入至噴霧場;因此,綜合噴嘴噴霧霧化性能參數(shù)的測定實驗結(jié)果,選定4 MPa為最佳噴霧壓力。

4 現(xiàn)場試驗

研制的新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置在山東能源肥礦集團白莊煤礦的3904軌道巷綜掘工作面進行了現(xiàn)場試驗。工作面采用EBZ-160TY型掘進機生產(chǎn),原有外噴霧的噴嘴安設(shè)在截割頭兩耳部,共安設(shè)8個噴嘴,噴嘴類型、數(shù)量與新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置相同,同一噴霧壓力時的水流量一致,由BP25/8J型增壓泵實現(xiàn)4 MPa恒壓噴霧。在試驗工作面測定了采用不同降塵方式時各測點處的粉塵質(zhì)量濃度,不同降塵方式為:①不采取降塵措施;②開啟原有掘進機外噴霧降塵裝置;③關(guān)閉原有掘進機外噴霧降塵裝置,開啟新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置且堵塞吸塵罩吸口;④開啟新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置且打開吸塵罩吸口。表4為采用不同降塵方式時各測點的粉塵質(zhì)量濃度。

表4 采用不同降塵方式時各測點的粉塵濃度Table 4 Dust concentration of of each measuring point when adopting different ways of falling dustmg/m3

由表4可知:降塵方式②～④對試驗工作面5個測點全塵和呼塵的平均降塵率依次分別為55.2%和54.0%,68.6%和67.6%,74.7%和74.1%;相對于原有外噴霧,新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵方式對全塵和呼塵的平均降塵率分別提高了19.4%和20.1%,其中,水霧幕一次降塵分別提高了13.4%和13.6%,負(fù)壓二次降塵分別提高了6.0%和6.5%;這說明,新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置形成的可完全覆蓋截割產(chǎn)塵的水霧幕更易于沉降工作面粉塵,并負(fù)壓二次吸入沉降由水霧幕逃逸出的粉塵,尤其對粒徑、質(zhì)量較小的呼塵沉降效果更佳。

5 結(jié) 論

(1)采用FLUENT軟件數(shù)值模擬確定了噴霧負(fù)壓二次吸風(fēng)裝置吸風(fēng)及內(nèi)部風(fēng)流場的運移規(guī)律;結(jié)合掘進機截割產(chǎn)塵的特點,研制了新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置,并對其性能進行了測定實驗,結(jié)果表明:噴霧壓力由2 MPa增大至8 MPa過程中,選用噴嘴在4 MPa壓力時,噴霧場霧化角及距噴口1.5 m處霧滴群的D32分別為87.6°及56.295 μm,綜合霧化性能最優(yōu),新型裝置的氣液比先增大后減小, 4 MPa時達(dá)到最大值1.269,因此,選定4 MPa為最佳噴霧壓力。

(2)新型掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置的現(xiàn)場試驗結(jié)果表明:相對于原有外噴霧方式,對全塵和呼塵的平均降塵率分別提高了19.4%和20.1%,其中,負(fù)壓二次降塵分別提高了6.0%和6.5%,沉降粉塵尤其呼塵的效果明顯。感謝山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院科研創(chuàng)新團隊(2012ZHTD06)、山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點實驗室培育基地開放基金

(MDPC2013ZR02)在本文理論和試驗研究過程中給予的支持。

[1] 陳 貴,王德明,王和堂,等.大斷面全巖巷綜掘工作面泡沫降塵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2012,37(11):1859-1864.

Chen Gui,Wang Deming,Wang Hetang,et al.The technology of controlling dust with foam for fully mechanized excavation face of large cross-section rock tunnel[J].Journal of China Coal Society,2012, 37(11):1859-1864.

[2] 聶 文,程衛(wèi)民,于巖斌,等.全巖機掘面壓風(fēng)空氣幕封閉除塵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報,2012,37(7):1165-1170.

Nie Wen,Cheng Weimin,Yu Yanbin,et al.The research and application on whole-rock mechanized excavation face of pressure ventilation air curtain closed dust removal system[J].Journal of China Coal Society,2012,37(7):1165-1170.

[3] 馬中飛,閆正波,陳家祥,等.綜掘工作面水氣旋轉(zhuǎn)射流降塵系統(tǒng)的數(shù)值模擬與實驗[J].煤炭學(xué)報,2011,36(5):818-822.

Ma Zhongfei,Yan Zhengbo,Chen Jiaxiang,et al.CFD numerial simulation and experiment of the water-air rotating jet flow dust-controlling system on the comprehensive mechanized mining faces[J].Journal of China Coal Society,2011,36(5):818-822.

[4] 劉寶明.掘進機旋轉(zhuǎn)噴霧降塵裝置的研究[D].太原:太原理工大學(xué),2011.

[5] 邵化振,張廣軍,李 政,等.高壓噴霧引射降塵裝置的理論與實驗研究[J].煤炭學(xué)報,2001,26(3):299-302.

Shao Huazhen,Zhang Guangjun,Li Zheng,et al.Theoretical and experimental study of air ejector with high-pressure spray for dust suppression[J].Journal of China Coal Society,2001,26(3):299-302.

[6] 聶 文.綜掘工作面封閉式除塵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].青島:山東科技大學(xué),2010.

[7] 曹建明.噴霧學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:116-156.

[8] 李 奇.綜放支架放煤口負(fù)壓捕塵裝置研究[D].太原:太原理工大學(xué),2008.

[9] 謝耀社,姜學(xué)云.負(fù)壓降塵技術(shù)及其應(yīng)用[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,32(5):567-570.

Xie Yaoshe,Jiang Xueyun.Dust removal technology with negative pressure and its application[J].Journal of China University of Mining&Technology,2003,32(5):567-570.

[10] 程衛(wèi)民,周 剛,左前明,等.噴嘴噴霧壓力與霧化粒度關(guān)系的實驗研究[J].煤炭學(xué)報,2010,35(8):1308-1313.

Cheng Weimin,Zhou Gang,Zuo Qianming,et al.Experimental research on the relationship between nozzle spray pressure and atomization particle size[J].Journal of China Coal Society,2010,35 (8):1308-1313.

[11] Gerke H H,Badorreck A,Einecke M.Single-and dual-porosity modelling of flow in reclaimed mine soil cores with embedded lignitic fragments[J].Journal of Contaminant Hydrology,2009, 104(1-4):90-106.

[12] 侯凌云,侯曉春.噴嘴技術(shù)手冊(第二版)[M].北京:中國石化出版社,2007.

[13] 聶 文,程衛(wèi)民,周 剛,等.掘進面噴霧霧化粒度受風(fēng)流擾動影響實驗研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,41(3):378-383.

Nie Wen,Cheng Weimin,Zhou Gang,et al.Experimental study on atomized particle size as affected by airflow disturbance at the heading face[J].Journal of China University of Mining&Technology, 2012,41(3):378-382.

[14] 蔣 斌,王子云,付祥釗,等.內(nèi)混式扇形空氣霧化噴嘴參數(shù)研究[J].化工進展,2011,30(2):269-274.

Jiang Bin,Wang Ziyun,Fu Xiangzhao,et al.Numerical study on fan-shaped air-blast atomizer parameters[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2011,30(2):269-274.

[15] 周 剛.綜放工作面噴霧降塵理論及工藝技術(shù)研究[D].青島:山東科技大學(xué),2009.

[16] Bianchi G M,Pelloni P.Modeling atomization of high-pressure diesel sprays[J].ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power,2001,23:419-427.

[17] 程衛(wèi)民,聶 文,周 剛,等.煤礦高壓噴霧霧化粒度的降塵性能研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,40(2):185-189,206.

Cheng Weimin,Nie Wen,Zhou Gang,et al.Study of dust suppression by atomized water from high-pressure sprays in mines[J].Journal of China University of Mining&Technology,2011,40(2): 185-189,206.

Research and application on external spray secondary dust falling device with negative pressure of roadheader

NIE Wen1,2,CHENG Wei-min1,2,ZHOU Gang1,2,XUE Jiao1,2,CUI Xiang-fei1,2

(1.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China;2.College of Mining and Safety Engineering,Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590,China)

In order to effectively produce spray and settle the roadheader cutting dust,the law of suction and internal wind flow field migration of the external spray secondary suction device with negative pressure was investigated through the method of numerical simulation.Furthermore,a new type of external spray secondary dust suppression device with negative pressure was successfully developed which can produce a water spray curtain that completely covers the cutting dust,which can also effectively absorb and purify the dust around the cutting arm.Performance measurement experiment of the device was conducted,and the results show that when the nozzle pressure is 4 MPa,the atomization performance is optimal during the process of the pressure change from 2 MPa to 8 MPa and the atomization angle and Sauter average diameter of the droplet group at 1.5 m away from nozzle is 87.6°and 56.295 μm respectively.Gas-liquid ratio initially increased,then decreased and reached a maximum value 1.269 when the pressure was 4 MPa.Therefore 4 MPa was selected as the best spray pressure.The new device’s field test results show that the dust suppressionrate to total coal dust and respirable dust increased by 19.4 and 20.1 percentage points respectively compared with the previous method.Among them,the negative pressure secondary dust suppression increased by 6.0 and 6.5 percentage points respectively.

fully mechanized excavation face;roadheader;external spray;secondary dust falling with negative pressure;gas-liquid ratio

TD714.2

A

0253-9993(2014)12-2446-07

2013-11-04 責(zé)任編輯:張曉寧

國家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合基金重點資助項目(U1261205);國家自然科學(xué)基金青年基金資助項目(51404147);山東科技大學(xué)人才引進科研啟動基金資助項目(2014RCJJ029)

聶 文(1985—),男,山東泰安人,講師,博士。E-mail:sdniewen@163.com。通訊作者:周 剛(1979—),男,安徽阜獻人,副教授,博士。Tel:0532-86057359,E-mail:ahsdzhougang@163.com

聶 文,程衛(wèi)民,周 剛,等.掘進機外噴霧負(fù)壓二次降塵裝置的研制與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報,2014,39(12):2446-2452.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.1594

Nie Wen,Cheng Weimin,Zhou Gang,et al.Research and application on external spray secondary dust falling device with negative pressure of roadheader[J].Journal of China Coal Society,2014,39(12):2446-2452.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.1594