矿井通风与除尘(蒋仲安版) 12 矿井通风与除尘新技术

1,第十二章矿井通风与除尘新技术,2,12.1 矿井通风新技术,12.1.1 可控循环通风技术12.1.2 脉动通风技术12.1.3 稳态通风模拟技术12.1.4 均压通风技术,3,12.1.1可控循环通风技术,在低瓦斯矿中，当采掘工作面位于矿井的边远地区，原有通风系统不能保证按需供风，而该地区的回风的风质又比较好时，可以在局部通风系统的进、回风之间安置通风设备、设施和监控设备，对回风进行合理循环控制加以再利用，以增加用风地点的实际风量。此种通风方法称为可控循环风。,图8-1 可控循环通风系统1主要通风机；2循环通风机；（或设于、分支）；3工作面；4风量瓦斯浓度监测点,4,12.1.2 脉动通风技术,“脉动通风”技术是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性直接相关的理论依据，在局部积聚瓦斯位置处安设脉冲通风机，在正常通风风流中产生脉动风流，从而大大地增加瓦斯积聚区风流的紊流系数，风流驱散局部瓦斯积聚的能力，从根本上解决煤层巷道中和回采工作面上隅角瓦斯积聚问题。,5,12.1.2 脉动通风技术,脉动通风方法是局部通风机的风筒口装有风流断续器，使其向工作面送入连续的脉冲式风流，风流速度随时间发生周期性的变化。当风流断续器工作时，空气被周期性地“封闭”并储存在风筒中，然后在过剩的压力下抛向工作面空间。正常通风条件下，风量波动范围小，因而脉动速度也低。在脉动通风情况下，风量波范围大，因而脉动速度高。,=0。,6,12.1.2 脉动通风技术,巷道风流中含有CO2或CH4气体时，由于与空气介质之间存在密度差，他们的惯性不同。当风流加速时，瓦斯微团与空气介质不能同步。 因此，在瓦斯微团与空气介质微团之间形成负压区或增压区，导致瓦斯介质微团由高压区向低压区运动，这种运动具有脉动的特点。,=0。,7,12.1.2 脉动通风技术,脉动通风方法还可用于排尘。 在水平巷道中，粉尘的重力与风流对粉尘的作用力作用方向互相垂直。 根据沃洛宁的研究，使粉尘处于悬浮状态条件是：紊流风流横向脉动速度的均方大于或等于粉尘的沉降速度。 脉动通风不仅使纵向脉动速度增加，横向脉动速度也增加了，这就有利于阻止粉尘的下降。,=0。,8,12.1.3 稳态通风模拟技术,矿井通风是一个动态的变化过程。 矿井通风的这一动态特性要求通风工程师做到两点：一是及时掌握井下的通风状况；二是根据需要及时调整风量分布。 稳态通风模拟技术通过定期的风量测定，获得大量的井下通风状况数据，分析和利用这些数据，应用成熟的通风计算理论和计算机技术，进行矿井通风的模拟与控制计算。,=0。,9,12.1.3稳态通风模拟技术,矿井稳态通风解算的条件是指在一定时期内，矿井没有影响风网结构的巷道构成，局部区域的工作面推进、风阻增大对通风状况的影响可以忽略或并不重要。 此时，井下巷道风阻保持不变，通风设施的变更都是人为进行的，影响通风状况的风流温度保持稳定，因而，可以应用稳态通风的理论进行通风解算。,=0。,10,12.1.4 均压通风技术,均压通风是指降低采空区或已采区漏风通道两侧的风压差，减少漏风，以达到预防和消灭火灾的措施。按照均压对象不同，分为区域均压和局部均压两种。区域均压是指对全矿井或矿井的某一翼、某一阶段水平实施的均压措施。局部均压是指对特定的地点、地段实施的均压措施。,=0。,1均压通风,11,均压手段是指用于调整和改变风流压力分布的设施和设备。包括调压风墙、调压风门、调压风窗、调压风筒、调压风路、调压风机和调压气室。,=0。,2均压手段, 调压风墙 设在巷道中拟调压点处，以调整风压的挡风墙。目的是隔断风流，同时改变和调整风压的分布状态。只用于需调整风压分布状态而对风量无要求的场合。调整或改变风流特性如图8-3所示。,图8-3 调压风墙调压特性图1调压风墙；2主要通风机,12,=0。, 调压风门、调压风窗 设在巷道内某一拟调压点处用以调节风压的风门、风窗。目的是在改变和调整设定地区风压分布状态的同时，仍然保时一定的风量，并不妨碍行人和运输。 调压风筒 用于调整和改变风压分布状态的风筒。,2均压手段,13,=0。,设置在调压区段中用于调整或改变该区段的风压分布状态的风路分支。可用于增阻或减阻调压的场合。特点是在保持风流继续流动的同时，进行调压。增阻调压常使用缩小通风断面或增设风阻物来实现；减阻调压是扩大巷道断面或开辟并联风路来实现。, 调压风路,14,=0。,用于调整或改变矿井或一翼、某一阶段水平、某一既定区域的风压分布状态的矿用各种类型的风机。风机运行最重要的是保证长时间稳定运转和可调性。如图8-4所示，可使AD段风压降低，DB段风压升高。,图8-4 调压风机调压特性图1矿井主要通风机；2调压风机, 调压风机,15,=0。,在调压区段防火墙墙体外侧一定的距离增建一道新的防火墙后所构成的气室。通过向两墙体间压入或从中排出相应量的气体来调节其间的气体压力与火区防火墙内侧的气体压力，使其达到平衡状态。, 调压气室,16,=0。,3均压方式,根据所采用的调压手段不同，分为单一调压和综合调压。单一调压方式是指应用一种调压手段对调压对象实施调压的方式，常用于局部均压场合。综合调压方式是指使用多种调压手段对一个或几个施治区的风压分布状态实施调整的方法，可以用于局部均压和区域均压。 综合均压使用的手段有多种互配方式，常用的是调压风机与调压风墙、调压风门及调压风窗的互配。,17,=0。,3均压方式,图8-6 调压风机与调压风墙互配调压的特性（a）风机设在风墙回风侧；（b）风机设在风墙进风侧1矿井主要通风机；2调压风机；3调压风墙,18,=0。,4均压方法,均压方法是指一种调压手段或多种调压手段组合实施的具体做法。 区域均压中可用调整矿井主要通风机的工况，改造矿井通风系统，调整调压风墙、调压风门、调压风窗的具体位置，建立调压气室等手段实现单一或综合调压。 局部均压最常用的方法有：并联风路法，调压风墙、调压风门、调压风窗法及调压气室法。,19,12.2 矿井除尘新技术,12.2.1 泡沫除尘技术12.2.2 附壁风筒控尘技术12.2.3 磁化水降尘技术,20,12.2.1 泡沫除尘技术1.泡沫除尘机理,（1）碰撞在泡沫运动路径中的粉尘颗粒，只有在b 之内的能与泡沫发生接触。在这个区域之外的粉尘颗粒将流过泡沫而不与其发生接触，如图12-8所示。,图12-8 泡沫与粉尘碰撞示意图,b的值是未知量，必须通过dp/2流线的数学模型得到，而该流线的方程很难求解，b也不易确定，故很难得到碰撞效率的解析解。该碰撞是在模型的理想状态下，而实际过程中，由于粉尘颗粒具有一定的质量，并受井下风流的影响，会形成无规则的扩散运动，由于重力、惯性和扩散的影响，粉尘颗粒并不是严格按照图中所示的轨迹运动，惯性和扩散将对粉尘与泡沫碰撞产生一定的影响。,21,12.2.1 泡沫除尘技术1.泡沫除尘机理,（2）扩散气流中的粉尘颗粒当尺寸小于一定值（dp1m）时，在风扰和分子热运动的作用下会做无规则的扩散运动。在运动过程中，微尘撞击泡沫液壁而被析出的液体俘获或被湿润后沉降，如图12-9所示。,图 12-9 扩散效应示意图,这种无规则的扩散运动称作布朗运动，其运动的剧烈程度与温度成正比，温度越高布朗运动加剧，其气体流速增快，而方向仍是随机的。,22,12.2.1 泡沫除尘技术1.泡沫除尘机理,（3）湿润矿尘大多数都是疏水性质，很难被水湿润而沉降，这正是水雾捕尘的缺点。而泡沫除尘技术由于发泡剂的加入，克服了这一缺点，能够实现对粉尘的快速湿润。设粉尘颗粒表面的固相与泡沫液膜中的液相接触并被湿润，即消失一个固气和一个液气界面，产生了一个固液界面。取固液接触面的单位面积，恒温恒压条件下，湿润作用导致的自由能差值就可以表示为：,23,12.2.1 泡沫除尘技术1.泡沫除尘机理,（4）截留与覆盖截留效应为粒子（粒径小于5m或者无质量）随气体流线运动的过程。模型中，对于直径为dp的粒子（实心球体），当其运动轨迹在极限流线以下b范围之内，就有可能会被泡沫截留，如图12-10所示。,截留效应宏观上表现为泡沫除尘的覆盖性能，当n个相距 的泡沫同时作用于尘源处，将有可能拦截泡沫4nb范围内的粉尘，如图12-11所示。,24,12.2.1 泡沫除尘技术1.泡沫除尘机理,（5）黏附泡沫外表面具有黏附粉尘的功能，其作用机理如图12-12所示。当具有一定速度的泡沫（图a）向粉尘运动（图b），粉尘经过碰撞、截留和扩散等一系列作用后到达泡沫表面（图c），被泡沫所黏附（图d）。由于泡沫质量的不断增加，并在重力的作用下，使得泡沫上表面液膜逐渐变薄直至破裂，最终形成许多包裹粉尘的泡沫小碎片（图e）降落到地面。,图12-12 泡沫黏附粉尘示意图,25,2.泡沫剂及泡沫剂溶液,除尘泡沫的发泡倍数、分散度、黏附和湿润能力是决定泡沫抑尘效果的重要因素，良好的除尘泡沫发泡剂必须符合以下要求：（1）在气-液、固液界面上发生吸附，能显著降低溶液的表面张力；（2）具有能使粉尘颗粒表面由疏水性变为亲水性的性质；（3）具有适当的溶解度；（4）在低用量的情况下，能将气体快速卷吸到水中，促使水和气体混合产生分散均匀、泡沫细腻、数目众多、稳定性强的泡沫（5）保证液膜具有较大的粘度和机械弹性强度；（6）要保证粉尘颗粒和泡沫碰撞时所形成的颗粒泡沫集合体有相当强的稳定性。（7）价格低廉、绿色环保、来源广泛。,26,3.发泡原理,泡沫降尘装置主要有进风口、进水口、过滤器、发泡器、发泡剂添加装置、储液罐、泡沫分配器、泡沫喷射支架、喷头及输送管路。其主要工艺流程如图12-13。,图12-13泡沫降尘工艺流程图,27,4.泡沫降尘技术在综掘工作面的应用,井下泡沫降尘装置布置如图12-14所示，将泡沫降尘装置布置在掘进机司机侧，方便调节与使用；除尘风机安装在掘进机后方运输皮带支架上；吸尘口布置在掘进机回转台上；喷射装置安装在掘进机回转台前方，距截割头最前方1.5-2m。,泡沫降尘技术制备泡沫必须具备水源和压风。一般情况下宜采用掘进面侧壁配备的压水和压风，要求水的流量为1-2m/h，压力2-3Mpa；压风管路要求流量为40-80m/h，压力0.4-1Mpa。,图12-14泡沫降尘布置图,28,4.泡沫降尘技术在综掘工作面的应用,掘进面的产尘点位于截齿处，经现场实践观察，保持1/3厚度的泡沫喷射在截齿上，2/3的泡沫喷射到截齿外围，此时的降尘效果最佳。由于掘进机进行下部切割会与底板和底部碎岩发生碰撞和挤压，因此泡沫喷头的布置主要在截割头的上部和两翼，共布置6个喷头，如图12-15所示。,上部喷头以30倾斜扇形喷出，中部左右两翼的两个喷头以60倾斜扇形喷出，底部左右两翼的两个喷头以135向斜下方喷出，喷头扩散角度均为45。井下应用情况如图12-16。,29,12.2.2 附壁风筒控尘技术,附壁风筒的结构，根据使用地点生产技术条件的差异(巷道断面大小，供风量大小，除尘器配套方式等)，通常分为三种。,（1）螺旋出风附壁风筒附壁风筒轴向出风端设计一个蝶阀，并通过连杆与狭缝出口的出风阀门连动，可以利用手动或气动实现轴向经导风筒供风和径向螺旋出风的风流转换。当掘进机工作时，手动或者通过气动控制将阀门关闭，风流即从窄条喷口喷出，将压入的轴向风流改变为沿巷道壁旋转并前移的风流。螺旋出风附壁风筒的结构如图12-18所示。,30,12.2.2 附壁风筒控尘技术,附壁风筒的结构，根据使用地点生产技术条件的差异(巷道断面大小，供风量大小，除尘器配套方式等)，通常分为三种。,（2）径向出风附壁风筒由于附壁风筒将普通风筒向巷道轴向供风方式改变为径向出风向工作面方向螺旋前进的供风方式，利用附壁效应大大地降低了沿巷道轴向的风流速度，增大巷道边沿区域风流速度，从而使巷道断面上的风流分布趋于均匀。径向出风附壁风筒结构如图12-19所示。,31,12.2.2 附壁风筒控尘技术,附壁风筒的结构，根据使用地点生产技术条件的差异(巷道断面大小，供风量大小，除尘器配套方式等)，通常分为三种。,（3）带有螺旋器的软质附壁风筒它由橡胶布与金属骨架制成是新型产品，螺旋器紧连着附壁风筒，当轴向风流经过螺旋器时，便转化为旋转风流，因此风流一进入附壁风筒，便立即成为螺旋风流向外排出，可用于任何巷道断面的综掘工作面。安装附壁风筒后的综合通风除尘系统布置如图12-20所示,图12-20通风除尘系统布置示意图1-掘进机截割臂； 2-吸尘罩；3-抽出式风筒；4-司机处；5-掘进机； 6-附壁风筒； 7-除尘器； 8-压入式风筒,32,12.2.3 磁化水降尘技术,磁化水降尘原理：水经磁化后，物理化学性质可发生暂时的变化。水的粘度减低，吸附能力、溶解能力及渗透能力增加，再加上水珠变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，提高降尘效率。磁化水降尘优点包括：设备简单、安装方便、性能可靠，成本低，易于实施。,33,12.2.3 磁化水降尘技术,磁化程度的好坏与磁水器的结构、磁水器磁场强度及特性、水中含有杂质的性质、水的温度及水在磁水器内的流动速度等因素有关。,（1）磁化水对雾化性能的影响雾化效果的好坏通过雾化液滴的平均直径大小来衡量。在不致使雾化液滴过小易于蒸发的前提下，液滴的平均直径越小，液滴与粉尘接触的表面积越大，粉尘越容易被液滴所捕获，降尘效率也越高。前人的研究认为旋室型喷嘴的雾化液滴平均直径与表面张力和粘度有关，当水的表面张力及粘度降低时，雾化液滴的平均直径也将降低，从而提高其雾化性能和捕尘效率。,34,12.2.3 磁化水降尘技术,（2）磁化水对捕尘效果的影响湿式除尘的效果在于尘粒与捕尘介质液滴相接触时能否被捕住，也就是说粉尘的可润湿性对捕尘过程是有影响的。对于完全不能