基于相似准则的新型抑尘剂的应用模拟实验-矿业114网 
基于相似准则的新型抑尘剂的应用模拟实验
2011-08-24
简化了气固两相流动数学模型,根据相似准则,设计与制造了巷道及尘源的实验模型,模拟了井下的 潮湿环境。通过喷撒抑尘剂和用隔尘帘捕尘的模拟实验,测定了不同相对湿度下抑尘剂的额定粘尘量、最终吸水 量、最长保湿时间等参数,抑尘剂溶液对提高隔尘帘降尘效果的影响等。结果表明:简化模型可使实验和测定更具 可行性,随着相对湿度的增大,抑尘剂的最终吸水量和额定粘尘量呈逐步递增趋势,保湿时间则呈递减趋势,抑尘 剂溶液可显著提高隔尘帘的降尘效率,对矿井通风影响很小。
NovemSubpeprꢀl. 2009ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 200增9年ꢀ 1刊1 月 METAL MINE 基于相似准则的新型抑尘剂的应用模拟实验 姚 海 飞 ꢀ 金 龙 哲 (ꢀ北 京刘 科ꢀ 技 建大 ꢀ学 )欧 盛 南 ꢀ 杨 继 星 摘 ꢀ 要 ꢀ 简 化 了 气 固 两 相 流 动 数 学 模 型 , 根 据 相 似 准 则 , 设 计 与 制 造 了 巷 道 及 尘 源 的 实 验 模 型 , 模 拟 了 井 下 的 潮 湿 环 境 。 通 过 喷 撒 抑 尘 剂 和 用 隔 尘 帘 捕 尘 的 模 拟 实 验 , 测 定 了 不 同 相 对 湿 度 下 抑 尘 剂 的 额 定 粘 尘 量 、 最 终 吸 水 量 、 最 长 保 湿 时 间 等 参 数 , 抑 尘 剂 溶 液 对 提 高 隔 尘 帘 降 尘 效 果 的 影 响 等 。 结 果 表 明 : 简 化 模 型 可 使 实 验 和 测 定 更 具 可 行 性 , 随 着 相 对 湿 度 的 增 大 , 抑 尘 剂 的 最 终 吸 水 量 和 额 定 粘 尘 量 呈 逐 步 递 增 趋 势 , 保 湿 时 间 则 呈 递 减 趋 势 , 抑 尘 剂 溶 液 可 显 著 提 高 隔 尘 帘 的 降 尘 效 率 , 对 矿 井 通 风 影 响 很 小 。 关 键 词 ꢀ 气 固 两 相 ꢀ 相 似 准 则 ꢀ 模 拟 ꢀ 抑 尘 剂 ꢀ 隔 尘 帘 The application simulation experiment of new dustsuppression based on similar criterion Yao Haifeiꢀ (Jin Longzheꢀ Liu Jianꢀ Ou Shengnanꢀ Yang Jixing University of science and technology Beijing) Abstractꢀ Simplify the mathematical model of gassolid flow, According to similar criterion, design and make the ex perimental model of roadway and dust source, simulate humid environment of mine. Through simulation experiment of spra ying dustsuppression and catching dust with dust blinds, measuring the rated sticky dust, final water volume, longest mois ture time of dustsuppression; The impact of dustsuppression solution to improve the dust effects of dust blinds. The results show that simplifying the model make experiment and measurement more feasible, With the improvement of relative humidi ty, final water volume and longest moisture time of dustsuppression increase gradually, then moisture time decrease gradu ally, dustsuppression solution can enhance dust fall efficiency significantly, making little impact on the mine ventilation. Keywordsꢀ Gassolid; Similar criterion; Simulation; Dustsuppression; Dust blinds ꢀ ꢀ 煤 尘 是 煤 矿 生 产 中 的 最 主 要 灾 害 之 一 , 据 不 完 1ꢀ 气 固 两 相 的 相 似 准 则 推 导 与 应 用 全 统 计 , 在 我 国 , 仅 国 有 煤 矿 每 年 新 增 尘 肺 病 人 数 就 1. 1ꢀ 气 固 两 相 流 动 数 学 模 型 的 简 化 达 到1 - 27] 000 余 人 , 而 且 瓦 斯 煤 尘 爆 炸 事 故 仍 时 有 发 气 相 的 Navier - Stokes 方 程 及 固 相 的 运 动 方 程 [ [ 4] 生 。 因 此 , 进 一 步 开 发 矿 井 防 尘 新 技 术 措 施 , 防 具 有 宏 观 的 物 理 量 和 参 数 , 但 由 于 测 试 手 段 的 限 治 煤 炭 自 燃 、 抑 制 煤 尘 爆 炸 , 对 保 证 矿 井 安 全 生 产 , 改 善 井 下 作 业 环 境 , 具 有 十 分 重 要 的 社 会 意 义 。 新 型 抑 尘 剂 的 开 发 正 是 着 眼 于 解 决 这 一 问 题 。 制 , 对 于 一 些 物 理 量 , 如 其 它 外 力 项 Fwg 和 Fwp 等 , 即 使 在 模 型 中 予 以 考 虑 , 亦 无 法 实 测 确 定 , 故 本 研 究 中 忽 略 二 物 理 量 , 并 假 设 固 相 尘 粒 均 为 圆 形 。 如 此 简 化 虽 然 牺 牲 了 模 型 的 精 度 , 但 使 实 验 和 测 定 可 与 煤 矿 现 场 的 原 型 实 验 相 比 , 抑 尘 剂 的 实 验 室 模 拟 具 有 : ①实 现 均 匀 、 定 量 发 尘 ; ②可 人 为 控 制 环 境 的 湿 度 ; ③可 调 节 风 速 、 风 量 及 压 等 通 风 参 数 ; ④ 可 以 长 时 间 测 定 而 不 受 条 件 影 响 ; ⑤实 现 同 步 测 定 行 [ 5] , 简 化 后 气 相 运 动 方 程 为 : ρg [ g + ( · Ug ) + Ug ] = μg 2 · Ug - · P;  U  t [ 3] ( 1) 等 优 点 。 基 于 此 , 模 拟 实 验 可 以 达 到 测 定 出 一 些 固 相 尘 粒 的 运 动 方 程 为 : 在 井 下 无 法 或 难 以 测 定 的 参 数 的 目 的 , 例 如 在 不 同 湿 度 下 测 定 抑 尘 剂 的 额 定 粘 尘 量 、 最 终 吸 水 量 、 最 长 保 湿 时 间 以 及 抑 尘 隔 尘 帘 阻 力 系 数 等 参 数 。 上 述 参 数 的 确 定 , 对 于 抑 尘 剂 撒 布 抑 尘 和 隔 尘 帘 降 尘 等 方 法 的 推 广 应 用 是 具 有 实 际 意 义 的 。 姚 海 飞 ( 1984— ) , 男 , 北 京 科 技 大 学 土 木 资 源 学 院 , 硕 士 研 究 生 , # 1 00083 北 京 科 技 大 学 376 信 箱 。 · 753· 增 刊 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 11 月 U C D / D = d / d = 1。 1 p  p p 1 cy 1. 3. 2ꢀ 边 界 条 件 和 初 始 条 件 cm py pm dp ρ = ρg Ur | Ur | - dp ρp g; ( 2) 其 中 , 3 t 4C 3 k 本 问 题 的 边 界 条 件 主 要 是 气 流 进 口 和 出 口 平 均 流 速 及 平 均 气 压 的 分 布 。 前 人 试 验 表 明 : 当 粘 性 流 体 在 管 道 流 动 时 , 不 管 进 、 出 口 流 体 速 度 或 压 力 的 分 布 如 何 , 经 过 一 段 距 离 ( 稳 定 段 ) 后 , 流 体 速 度 和 压 力 分 布 形 状 就 会 固 定 下 来 7] 。 由 于 本 试 验 的 模 拟 巷 道 长 达 60 m 以 上 , 模 拟 作 业 地 点 距 气 流 进 出 口 均 有 20 ~ 30 m 的 几 何 相 似 稳 定 段 , 因 此 , 不 必 考 虑 边 界 条 件 的 相 似 , 也 可 保 证 试 验 段 流 场 相 似 。 此 外 , 对 于 稳 定 流 不 存 在 初 始 条 件 8] 。 U = Ug - Up r . 2ꢀ 相 似 准 则 的 确 定 1 本 文 采 用 量 纲 分 析 法 定 各 种 物 理 量 之 间 的 关 系 [ ( 即 准 测 方 程 ) , 由 方 程 ( 1) 及 ( 2) 可 见 , 决 定 两 相 流 动 的 物 理 参 量 有 : ρ 、 ρ 、 U 、 U 、 μ 、 p、 g、 d 、 t 以 及 几 g p g p g p 何 尺 寸 L 等 10 个 , 这 些 物 理 量 的 基 本 加 因 次 是 质 量 ( M) 、 长 度 ( L) 、 时 间 ( T) 等 3 个 , 因 此 , 根 据 量 纲 分 [ 析 方 程 法 的 π 定 理 ( 亦 称 为 布 金 汉 定 理 ) 知 : 解 决 气 固 两 相 流 动 问 题 的 相 似 准 则 需 要 7 个 , 故 在 上 述 物 理 量 中 选 出 ρ 、 U 、 μ 为 基 本 量 , 根 据 π 定 理 及 π 的 1 . 3. 3ꢀ 单 值 条 件 的 物 理 确 定 g g g 1 本 实 验 模 型 以 空 气 为 介 质 , 故 其 密 度 、 动 力 粘 度 量 纲 和 谐 条 件 得 到 如 下 7 项 独 立 的 相 似 准 则 : 及 重 力 加 速 度 等 物 理 量 为 井 下 原 型 近 似 相 等 。 采 用 现 场 煤 块 加 工 成 的 模 型 尘 粒 密 度 亦 与 实 型 相 等 , 即 : ( 1) 弗 汝 德 相 似 准 则 : 2 U π ) -1 ( π7 ) -1 g ρ = ρgm, μ = μgm, g = gm, ρ = ρ ( 3) gy ꢀ 由 式 ( 3) 及 Ly = 2L 在 R 准 则 中 数 值 上 相 等 得 gy y py pm ( = = Fr ; 4 gL ꢀ m e ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ( 2) 斯 托 鲁 哈 相 似 准 则 ; V = 2U ; gm gy 2 U t π6 ( π7 ) -1 g 由 式 ( 3) 及 Ly = 2Lm 在 Fr 准 则 中 数 值 上 相 等 得 = = St L Ugm = 2 / 2U 。 槡 gy ꢀ ( 3) 斯 托 鲁 哈 相 似 准 则 ; π1 π2 ( π5 ) ( π7 ) - 1 = ꢀ ( 4) 欧 拉 相 似 准 则 ; π1 π2 ( π5 ) ( π7 ) - 1 = 许 多 文 献 均 指 出 , 在 实 际 模 型 中 , 要 满 足 所 有 有 关 的 相 似 准 则 是 不 可 能 的 , 这 时 应 抓 住 主 要 的 、 起 决 定 作 用 的 因 素 , 对 次 要 的 、 起 局 部 作 用 的 因 素 , 仅 作 近 似 的 保 证 或 忽 略 不 计 , 即 采 用 所 谓 的 近 似 模 拟 方 2 ρp U d 2 p p = St k; = St k; LM g 2 ρp U d 2 p p 法 [ 9 - 10] 。 矿 井 风 流 的 运 动 属 于 粘 性 流 体 受 迫 运 动 , LM g 因 此 考 虑 重 力 的 Fr 准 则 是 可 以 忽 略 不 计 的 , 于 是 ꢀ ( 5) 雷 诺 相 似 准 则 ) : U = 2U 。 由 式 ( 3) 及 U = 1 / 2U , 在 S 准 则 中 数 gm 值 相 等 得 , U = 1 / 2U ; 由 式 ( 3) 及 U = 1 / 2U , gy gy gm t ρ Ug L g μ π3 = = Re; pm py gy gm g 在 E 准 则 中 数 值 上 相 等 得 , P = 1 / 2Py ; 由 式 ( 3) 及 ꢀ ( 6) 气 固 相 密 度 相 似 准 则 : u m L = 2L , d = d , 在 S 准 则 中 数 值 上 相 等 得 t = ρ y m py pm tk m p π1 = = Mp ; 1 / 4t 。 y ρ g ꢀ ( 7) 气 固 相 速 度 相 似 准 则 : 此 外 , 相 似 准 则 M 上 亦 相 等 。 ρ 和 S U 在 上 述 物 理 量 下 数 值 U p π2 = U = Mp 综 上 所 述 , 在 模 拟 实 验 的 10 个 物 理 量 , 除 了 在 Fr 准 则 中 数 值 不 相 等 ( 忽 略 重 力 ) 外 , 在 其 它 6 项 准 则 中 均 保 持 数 值 相 等 , 因 此 , 可 以 满 足 近 似 相 似 条 件 。 g 1 1 . 3ꢀ 单 值 性 条 件 相 似 . 3. 1ꢀ 几 何 相 似 模 型 应 尽 可 能 满 足 几 何 相 似 6] 。 涉 及 的 几 何 [ 条 件 主 要 有 : 通 风 巷 的 几 何 尺 寸 ( 长 、 宽 、 高 ) 、 尘 源 的 几 何 参 数 ( 尘 源 位 置 及 其 距 作 业 地 点 距 离 等 ) , 多 面 空 心 球 的 几 何 尺 寸 以 及 尘 粒 尺 寸 等 。 根 据 现 有 的 具 体 条 件 , 本 研 究 采 用 变 态 模 型 , 即 巷 道 与 尘 源 几 何 尺 寸 比 例 取 为 L / L = 2( 下 标 y 表 示 原 型 , m 为 模 2ꢀ 相 似 模 型 的 设 计 与 参 数 的 测 定 2. 1ꢀ 模 拟 巷 道 的 设 计 以 潞 安 矿 务 局 漳 村 煤 矿 1407 回 风 巷 道 原 型 进 行 模 型 设 计 , 该 回 风 巷 道 的 特 征 见 表 1。 如 前 所 述 , 模 型 几 何 尺 寸 按 L / L = 2 设 计 , 由 于 巷 道 长 度 对 实 y 型 , 以 下 类 推 ) ; 多 面 空 心 球 当 量 径 与 尘 粒 径 取 为 m y m 验 结 果 的 影 响 不 大 。 因 此 未 按 比 例 设 计 。 模 拟 巷 道 · 754· ꢀ ꢀ ꢀ 姚 海 飞 等 : 基 于 相 似 准 则 的 新 型 抑 尘 剂 的 应 用 模 拟 实 验 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 11 月 的 几 何 尺 寸 为 : 长 60 m、 上 净 宽 1. 5 m, 下 净 宽 1. 8 m、 高 1. 55 m。 测 仪 器 厂 生 产 的 DT100 型 精 密 天 平 称 重 。 表 1ꢀ 巷 道 技 术 参 数 上 净 宽 / 下 净 宽 / m 高 周 长 面 积 / m2 项 ꢀ 目 m / m / m 1 407 工 作 面 回 风 巷 道 2. 9 3. 9 3. 05 12. 9 10. 71 2 2 . 2ꢀ 粉 尘 的 产 生 与 测 定 . 2. 1ꢀ 源 尘 的 制 作 实 验 用 源 尘 是 潞 安 矿 区 漳 村 矿 的 块 煤 、 通 过 棍 磨 机 、 球 磨 机 破 碎 、 研 磨 加 工 而 成 的 , 源 尘 的 粒 度 分 图 2ꢀ ZY - Ⅱ型 发 生 器 结 构 示 意 — 装 尘 斗 ; 2— 搅 拌 杆 ; 3— 搅 拌 片 ; 4— 载 尘 口 ; 布 见 图 1。 1 5 9 — 轴 承 ; 6— 皮 带 轮 ; 7— 调 速 电 机 ; 8— 小 皮 带 轮 ; — 漏 嘴 ; 10— 漏 嘴 杆 ; 11— 吹 尘 风 机 ; 12— 扩 散 器 表 2ꢀ 发 尘 器 的 发 尘 特 性 发 尘 量 平 均 值 发 尘 器 编 号 样 本 标 准 离 差 所 占 比 例 / % / ( g/ min) / ( g/ s) # 5 61. 53 42. 69 0. 711 5 0. 305 1 0. 241 8 9. 63 7. 19 1. 87 # 2 1 42. 24 18. 31 14. 51 # 93. 23 图 1ꢀ 源 尘 的 粒 度 分 布 100 75. 5 1. 258 4 ∑ 2 . 2. 2ꢀ 发 尘 器 及 粉 尘 浓 度 的 测 定 2 . 3ꢀ 潮 湿 环 境 的 模 拟 及 其 温 度 的 测 定 [ 11] 试 验 时 采 用 了 参 考 文 献 提 出 的 在 ZY - Ⅰ型 为 了 模 拟 井 下 的 潮 湿 的 空 气 环 境 , 笔 者 在 试 验 础 上 改 制 成 的 ZY - Ⅱ型 发 尘 器 , 其 结 构 示 意 图 见 图 巷 道 进 风 口 安 装 了 8 个 喷 嘴 , 水 源 采 用 生 活 用 水 , 水 压 为 0. 25 ~ 0. 3 MPa, 单 个 喷 嘴 流 量 为 1. 5 L/ min, 总 喷 雾 量 为 9. 2 L/ min。 尽 管 采 取 这 种 措 施 能 够 使 空 气 的 相 对 度 湿 度 加 20% ~ 30% , 通 过 控 制 喷 雾 量 以 及 选 择 大 气 的 湿 度 , 可 人 为 的 控 制 试 验 巷 道 内 的 空 气 相 对 温 度 在 40% ~ 90% 。 试 验 时 , 空 气 的 相 对 湿 度 用 风 扇 式 干 湿 温 度 计 测 量 。 2 。 ZY - Ⅱ型 发 尘 器 的 工 作 原 理 如 下 : 粉 尘 通 过 装 尘 口 4 加 入 载 尘 漏 斗 1 中 , 载 尘 漏 斗 上 部 为 圆 锥 体 , 圆 锥 角 为 55°, 略 大 于 粉 尘 的 安 息 角 ( 平 均 35° ~ 4 0°) 。 载 尘 漏 斗 中 安 装 有 搅 拌 杆 2, 通 过 皮 带 6 与 微 型 调 速 电 动 机 7 相 连 , 搅 拌 杆 的 中 下 部 安 装 有 搅 拌 片 3, 以 增 加 搅 拌 作 用 。 搅 拌 杆 下 端 通 过 小 联 轴 器 与 漏 嘴 杆 10 相 连 , 形 成 柔 性 联 接 , 以 避 免 漏 嘴 与 搅 拌 杆 不 完 全 同 心 时 发 生 摩 擦 。 同 时 还 可 更 换 不 同 直 径 的 漏 嘴 杆 , 以 改 变 漏 尘 的 断 面 积 。 在 漏 嘴 的 下 部 , 安 装 圆 筒 扩 散 器 及 吹 尘 风 机 , 调 整 吹 尘 风 机 的 风 量 , 可 获 得 不 同 的 尘 粒 初 速 度 。 发 尘 量 大 小 的 控 制 有 两 种 方 法 : 一 种 是 选 用 不 同 直 径 的 漏 嘴 , 改 变 漏 尘 口 的 断 面 积 ; 另 一 种 是 调 节 调 速 电 动 机 的 转 速 , 从 而 改 变 搅 拌 杆 的 转 速 。 为 了 制 造 不 同 的 粉 尘 浓 度 , 试 验 时 先 用 了 3 台 发 尘 器 , 各 发 尘 器 经 调 试 工 作 正 常 后 , 测 定 了 其 发 尘 量 随 时 间 的 变 化 情 况 ( 即 发 尘 量 3ꢀ 实 验 方 法 3 . 1ꢀ 抑 尘 剂 喷 撒 抑 尘 方 法 鉴 于 人 工 直 接 撒 布 法 最 为 简 单 、 适 用 , 本 实 验 采 取 此 方 法 。 本 实 验 主 要 测 定 了 不 同 相 对 湿 度 下 抑 尘 剂 的 额 定 粘 尘 量 、 最 终 吸 水 量 、 最 长 保 湿 时 间 等 参 数 。 在 6 0% 、 70% 、 80% 、 90% 等 不 同 相 对 温 度 下 , 用 铁 铲 将 抑 尘 剂 粉 末 均 匀 地 撒 布 于 实 验 巷 道 中 , 撒 布 量 为 0. 2 5 2 kg / m , 撒 布 长 度 : 10 m, 发 尘 器 距 抑 尘 剂 撒 布 区 域 0 m, 撒 布 10 min 后 , 3 台 发 尘 器 同 时 作 业 制 造 落 3 尘 , 煤 尘 的 沉 积 强 度 控 制 在 150 ~ 200 g / ( m . d) , 巷 道 采 用 自 然 通 风 , 每 隔 一 定 时 间 采 集 落 尘 样 品 分 析 各 项 指 标 。 特 征 )粉, 尘见 浓表 度2。采 用 称 重 法 测 算 12] 。 采 样 仪 器 为 FC [ - Ⅳ型 粉 尘 采 样 器 , 该 采 样 器 具 有 连 续 测 定 、 测 量 稳 3 . 2ꢀ 抑 尘 隔 尘 帘 捕 尘 方 法 定 等 特 点 。 采 样 前 后 的 滤 膜 烘 干 后 , 用 北 京 光 学 检 隔 尘 帘 捕 尘 模 拟 试 验 方 法 如 下 : 首 先 将 ·多75面5·空 增 刊 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 11 月 表 4ꢀ 1# 隔 尘 帘 降 尘 效 率 测 定 帘 前 全 尘 浓 心 球 串 接 于 一 根 细 麻 绳 上 , 每 根 绳 上 串 接 42 个 球 ( 每 串 球 的 长 度 为 1. 5 m) , 然 后 将 之 浸 泡 高 浓 度 抑 降 尘 效 率 帘 后 全 尘 浓 项 ꢀ ꢀ 目 度 / ( mg/ m3 ) 度 / ( mg/ m3 ) / % 尘 剂 水 溶 液 中 ( h > 50% ) , 浸 泡 5 min 后 , 将 “ 球 g 第 一 日 3 台 发 尘 器 作 业 第 一 日 2 台 发 尘 器 作 业 第 一 日 平 均 值 20. 7 13. 6 7. 1 5. 3 65. 7 61. 0 63. 8 47. 0 51. 8 49. 0 串 ” 每 隔 100 mm 张 挂 起 来 , 挂 满 整 个 巷 道 断 面 时 , 17. 15 19. 8 6. 2 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 的 隔 尘 帘 ( 以 下 简 称 1# 隔 尘 帘 ” ) 已 形 成 。 试 验 共 张 挂 了 14 串 , 共 计 第 二 日 3 台 发 尘 器 作 业 第 二 日 2 台 发 尘 器 作 业 第 二 日 平 均 值 10. 5 6. 8 “ 14. 1 5 88 个 空 心 球 。 启 动 通 风 机 和 发 尘 器 10 min 后 , 开 16. 95 8. 65 始 测 定 各 项 参 数 指 标 。 为 了 进 行 对 比 研 究 , 本 实 验 还 对 未 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 的 隔 尘 帘 ( 以 下 简 称 “ 2# 隔 尘 帘 ” ) 进 行 了 实 验 并 测 定 了 降 尘 效 率 和 通 风 阻 力 。 表 5ꢀ 2# 隔 尘 帘 降 尘 效 率 测 定 帘 前 全 尘 浓 降 尘 效 率 帘 后 全 尘 浓 项 ꢀ ꢀ 目 度 / ( mg/ m3 ) 度 / ( mg/ m3 ) / % 第 一 日 3 台 发 尘 器 作 业 第 一 日 2 台 发 尘 器 作 业 第 一 日 平 均 值 20. 5 14. 1 17. 3 20. 8 14. 4 17. 6 13. 2 9. 3 35. 6 34. 0 34. 8 25. 5 25. 0 25. 2 测 定 通 风 阻 力 时 , 分 别 在 隔 尘 帘 前 后 布 置 了 皮 托 管 , 2 个 皮 托 管 的 间 距 为 34 m, 采 用 YJB - 1500 型 11. 3 15. 5 10. 8 13. 2 第 二 日 3 台 发 尘 器 作 业 第 二 日 2 台 发 尘 器 作 业 第 二 日 平 均 值 [ 13] 补 偿 式 微 压 计 测 定 。 在 帘 前 10 m 及 帘 后 0. 5 m 处 测 定 了 风 速 , 风 速 测 定 采 用 了 北 京 检 测 仪 器 厂 生 产 的 QDF - 2A 型 热 球 式 风 速 计 以 及 普 通 叶 轮 式 风 表 。 在 隔 尘 帘 前 后 2 m, 距 底 板 1 m 的 巷 道 中 央 各 布 置 一 个 固 定 式 滤 膜 采 样 头 , 测 定 时 FC - Ⅳ型 采 样 器 流 量 达 20 L/ min, 发 尘 器 位 于 隔 尘 帘 前 方 25 m 处 的 巷 道 中 央 , 实 验 时 , 平 均 空 气 相 对 湿 度 为 85% 。 ꢀ ꢀ 由 表 4 与 表 5 比 较 可 知 , 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 过 的 隔 尘 帘 的 降 尘 效 率 普 遍 高 于 未 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 过 的 隔 尘 帘 23. 8 ~ 29 个 百 分 点 , 达 47. 0% ~ 65. 7% 。 关 于 抑 尘 剂 水 溶 液 浓 度 与 降 尘 效 率 的 关 系 需 在 今 后 做 进 一 步 的 研 究 。 隔 尘 帘 通 风 参 数 测 定 分 别 见 表 6 和 表 7。 4 ꢀ 实 验 结 果 及 分 析 # 表 6ꢀ 1 隔 尘 帘 通 风 参 数 测 定 4 . 1ꢀ 抑 尘 剂 抑 尘 参 数 分 析 风 机 和 风 门 情 ꢀ 况 风 速 / ( m/ s) 通 风 阻 力 / Pa 序 号 由 于 模 型 的 几 何 尺 寸 、 风 速 、 风 压 等 物 理 量 对 抑 隔 尘 帘 前 隔 尘 帘 后 挂 帘 前 挂 帘 后 3. 21 # 1 2 3 1 风 机 作 业 1. 73 1. 68 3. 27 1. 91 1. 82 3. 62 2. 85 2. 77 尘 参 数 的 影 响 不 大 , 而 模 型 中 , 潮 湿 环 境 、 尘 粒 及 抑 尘 剂 成 分 等 参 量 均 为 实 型 相 同 , 故 本 实 验 测 定 的 结 果 可 直 接 应 用 , 实 验 结 果 如 表 3 所 示 。 表 3ꢀ 抑 尘 剂 抑 尘 参 数 # 2 风 机 作 业 3. 10 1# 、 2 风 机 联 合 作 业 # 10. 66 12. 00 表 7ꢀ 2# 隔 尘 帘 通 风 参 数 测 定 风 机 和 风 门 情 ꢀ 风 速 / ( m/ s) 通 风 阻 力 / Pa 序 号 况 隔 尘 帘 前 隔 尘 帘 后 挂 帘 前 2. 85 挂 帘 后 3. 18 相 对 湿 度 / % 最 终 吸 水 量 ( 抑 尘 剂 ∶ 水 ) 额 定 粘 尘 量 ( 抑 尘 剂 ∶ 尘 粒 ) 保 湿 时 间 / d # 1 2 3 1 风 机 作 业 1. 75 1. 71 3. 32 1. 95 1. 86 3. 68 # 2 风 机 作 业 2. 77 3. 03 6 0 0 0 0 1∶ 1. 27 1∶ 1. 86 1∶ 3. 41 1∶ 4. 35 1∶ 3. 85 1∶ 4. 79 1∶ 5. 32 1∶ 6. 64 54 ~ 58 51 ~ 56 50 ~ 52 46 ~ 50 1# 、 2 风 机 联 合 作 业 # 10. 66 11. 89 7 ꢀ ꢀ 由 表 6 和 7 的 对 比 可 知 , 1、 2# 隔 尘 帘 对 风 速 的 8 # 9 影 响 差 别 不 大 , 1 隔 尘 帘 的 通 风 阻 力 为 0. 33 ~ 1. 34 # ꢀ ꢀ 注 : 表 中 比 值 为 重 量 比 。 Pa, 2 隔 尘 帘 为 0. 26 ~ 1. 23 Pa, 所 以 总 体 来 说 , 隔 尘 从 表 3 可 以 看 出 , 随 着 相 对 湿 度 的 增 大 , 抑 尘 剂 帘 对 矿 井 通 风 所 构 成 的 影 响 是 很 小 的 。 的 最 终 吸 水 量 和 额 定 粘 尘 量 呈 逐 步 递 增 趋 势 , 保 湿 时 间 则 呈 递 减 趋 势 , 但 都 在 46 d 以 上 , 需 要 进 一 步 说 明 的 是 , 由 于 实 验 巷 道 为 水 平 巷 道 , 其 底 板 及 周 壁 也 较 井 下 干 净 , 所 以 抑 尘 剂 液 体 流 失 及 无 效 损 失 量 相 对 较 少 , 故 其 保 湿 时 间 较 井 下 实 际 情 况 要 长 一 些 。 5ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 本 研 究 中 忽 略 外 力 项 Fwg 和 Fwp , 并 假 设 固 相 尘 粒 均 为 圆 形 。 简 化 使 实 验 和 测 定 更 具 可 行 性 。 在 实 际 模 型 中 , 要 满 足 所 有 有 关 的 相 似 准 则 是 不 可 能 的 , 这 时 应 抓 住 主 要 的 、 起 决 定 作 用 的 因 素 , 对 次 要 的 、 起 局 部 作 用 的 因 素 , 仅 作 近 似 的 保 证 或 忽 略 不 计 , 即 采 用 所 谓 的 近 似 模 拟 方 法 。 4 . 2ꢀ 隔 尘 帘 实 验 数 据 分 析 # 隔 尘 帘 第 1 ~ 2 日 降 尘 效 率 如 表 4 所 示 , 2# 隔 1 尘 帘 第 一 二 日 降 尘 效 率 如 表 5 所 示 。 ( 下 转 第 760 页 ) · 756· 增 刊 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 11 月 5 . 2. 3ꢀ 粉 尘 粒 径 变 化 对 粉 尘 浓 度 测 量 的 影 响 及 分析 从 图 4 中 可 以 看 出 , 随 着 粉 尘 粒 径 的 减 小 , 在 相 产 生 的 感 应 电 流 越 大 , 粉 尘 浓 度 产 生 的 感 应 电 流 与 气 体 风 速 的 0. 93 次 方 近 似 成 正 比 。 因 此 , 在 设 计 电 荷 法 测 量 粉 尘 浓 度 时 应 保 持 稳 定 的 测 量 风 速 , 并 在 测 试 前 对 粉 尘 粒 径 进 行 标 定 , 以 保 证 测 量 的 准 确 性 。 同 粉 尘 浓 度 条 件 下 , 其 产 生 的 感 应 电 流 增 大 , 300 目 产 生 的 感 应 电 流 最 大 , 200 目 次 之 , 100 目 最 小 。 但 3 00 目 时 粉 尘 浓 度 与 感 应 电 流 线 性 关 系 相 对 于 100 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 目 和 200 目 时 较 差 。 其 原 因 为 100 目 与 200 目 煤 粉 均 是 经 过 筛 上 和 筛 下 两 次 筛 分 , 而 300 目 煤 粉 很 难 筛 分 , 只 进 行 筛 下 筛 分 , 因 此 300 目 煤 粉 中 包 含 了 [ [ [ 1] ꢀ 王 自 亮 . 粉 尘 浓 度 传 感 器 的 研 制 和 应 用 [ J] . 工 业 安 全 与 环 保 , 2 006, 32( 4) : 2427. 2] ꢀ 金 ꢀ 锋 . 电 容 式 相 浓 度 传 感 器 的 研 究 及 其 在 多 相 流 质 量 流 量 测 量 中 的 应 用 [ D] . 沈 阳 : 东 北 大 学 , 1998. 3 00 目 以 下 的 所 有 粒 径 煤 粉 , 在 发 尘 过 程 中 各 时 间 段 所 发 粉 尘 的 粒 度 分 布 中 位 径 差 异 较 大 , 因 而 导 致 了 其 偏 离 线 性 规 律 。 试 验 结 果 表 明 粉 尘 粒 径 对 电 荷 法 测 量 粉 尘 浓 度 有 明 显 影 响 , 因 此 , 该 方 法 在 实 际 应 用 时 应 对 煤 粉 粒 度 进 行 现 场 标 定 , 方 可 准 确 测 量 。 3] ꢀ 李 卫 东 , 王 连 富 , 刘 道 文 , 等 . 我 国 煤 炭 行 业 粉 尘 浓 度 监 测 技 术 的 现 状 及 发 展 趋 势 [ J] . 矿 业 安 全 与 环 保 , 2005, 32( 增 刊 ) : 66 6 7. [ [ [ [ 4] ꢀ 许 传 龙 . 气 固 两 相 流 颗 粒 荷 电 及 流 动 参 数 检 测 方 法 研 究 [ D] . 南 京 : 东 南 大 学 , 2006. 5 ꢀ 结 ꢀ 论 本 文 介 绍 了 采 用 电 荷 感 应 测 量 粉 尘 浓 度 的 新 方 5] ꢀ 张 ꢀ 朴 . 基 于 激 励 荷 电 的 气 固 两 相 流 参 数 测 量 研 究 [ D] . 武 汉 : 华 中 科 技 大 学 , 2002. 法 , 根 据 电 荷 感 应 法 测 量 原 理 , 设 计 了 外 环 状 电 荷 感 应 法 测 量 粉 尘 浓 度 的 试 验 测 试 装 置 , 建 立 了 电 荷 感 应 法 测 量 粉 尘 浓 度 的 试 验 平 台 , 对 粉 尘 浓 度 与 感 应 电 流 的 关 系 进 行 了 试 验 研 究 , 研 究 结 果 表 明 : 粉 尘 浓 度 与 其 产 生 的 感 应 电 流 呈 线 性 关 系 , 关 系 式 为 | Im 6] ꢀ 李 海 青 . 两 相 流 参 数 及 其 检 测 [ M] . 杭 州 : 浙 江 大 学 出 版 社 , 1991. 7] ꢀ Masuda H, Komatsu T, Iinoya K. Static electrification of particles in gassolids pipe flow[ J] . AICHE Journal, 1978, 26 ( 3) : 558 5 64. [ 8] ꢀ Yan Y, Ma J. Design and evaluation of electrostatic sensor for themeasurement of velocity of pneumatically conveyed solids[ J] . Flow Measurement and Instrumentation, 2000( 11) : 195204. -4 0. 93 珔 | = 4. 15 × 10 u C; 粉 尘 粒 径 对 电 荷 法 测 量 粉 尘 浓 度 有 影 响 , 在 相 同 浓 度 条 件 下 , 300 目 产 生 的 感 应 电 流 最 大 , 200 目 次 之 , 100 目 最 小 ; 风 速 对 电 荷 感 应 法 测 量 粉 尘 浓 度 影 响 较 大 , 风 速 越 高 , 相 同 粉 尘 浓 度 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20091023) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪[ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 4] ꢀ 张 也 影 . 流 体 力 学 [ M] . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2002 ( 上 接 第 756 页 ) [ 5] ꢀ 丁 广 骧 . 紊 流 状 态 下 气 固 两 相 流 动 相 似 理 论 及 其 在 通 风 排 尘 模 拟 试 验 中 的 应 用 [ J] . 中 国 矿 业 大 学 学 报 , 1986( 4)  6] ꢀ Dr - Ing. Juergen Michelis. Konstruktive Explosions schutzma Bnahmen gegen Kohlenstaub und Methanexplosion, Glueckauf125 ( 1989) , 13061311 7] ꢀ 张 元 君 等 编 译 . 两 相 流 体 动 力 学 [ M] . 北 京 : 北 京 航 空 学 院 出 版 社 , 1987 ( 2) 随 着 相 对 湿 度 的 增 大 , 抑 尘 剂 的 最 终 吸 水 量 和 额 定 粘 尘 量 呈 逐 步 递 增 趋 势 , 保 湿 时 间 则 呈 递 [ 减 趋 势 , 但 都 在 46 d 以 上 。 ( 3) 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 过 的 隔 尘 帘 [ [ [ 的 降 尘 效 率 普 遍 高 于 未 在 高 浓 度 抑 尘 剂 水 溶 液 中 浸 泡 过 的 隔 尘 帘 23. 8 ~ 29 个 百 分 点 , 达 47. 0% ~ 65. 8] ꢀ Grassmuek G. APplicbaility or air stopping and flow regulators in mine Ventilastion[ J] . C. 1. M. M. Bulletin, 1969, 62: 11751185 9] ꢀ 黄 元 平 主 编 . 矿 井 通 风 [ M] . 北 京 : 中 国 矿 业 学 院 出 版 社 , # 7 % 。 两 种 隔 尘 帘 对 风 速 的 影 响 差 别 不 大 , 1 隔 尘 帘 # 的 通 风 阻 力 为 0. 33 ~ 1. 34 Pa, 2 隔 尘 帘 为 0. 26 ~ 1 . 23 Pa, 总 体 来 说 , 隔 尘 帘 对 矿 井 通 风 所 构 成 的 影 1 986 响 很 小 。 [ 10] ꢀ [ 黄 元 平 , 金 龙 哲 等 . 粘 尘 阻 燃 粉 的 性 能 及 其 应 用 技 术 的 研 究 J] . 中 国 矿 业 大 学 学 报 , 1997( 3)  参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ 11] ꢀ 杨 胜 来 . 综 采 工 作 面 粉 尘 分 布 规 律 及 计 算 机 模 拟 研 究 [ D] . 中 国 矿 业 大 学 北 京 研 究 生 部 , 1994 [ 1] ꢀ 金 龙 哲 . 粘 结 式 防 尘 技 术 的 研 究 与 应 用 [ D] . 北 京 : 中 国 矿 业 [ [ 12] ꢀ 部 颁 标 准 . 粉 尘 浓 度 和 分 散 度 测 定 方 法 . MT7984 13] ꢀ 李 学 诚 . 我 国 煤 矿 安 全 技 术 水 平 现 状 及 发 展 方 向 [ J] . 煤 炭 科 学 技 术 , 1996, 24( 4) : 47 大 学 研 究 生 部 , 1997 [ [ 2] ꢀ 王 茂 吉 等 编 . 矿 井 综 合 防 降 尘 技 术 . 煤 炭 科 研 参 考 资 料 , 1994 3] ꢀ 李 之 光 . 相 似 与 模 拟 ( 理 论 与 应 用 ) [ M] . 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社 , 1982 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20091021) · 760·


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