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1、干式打钻除尘装置设计与研究 【摘 要】打钻是瓦斯抽采的前提。打钻常常使用湿式打钻方法，但由于受到条件约束，有时使用干式打钻，因此需要安装除尘装置。本研究提出干式打钻除尘装置，并通过研究分析，验证了干式除尘装置的可行性。 【关键词】钻孔；干式打钻；除尘装置；数值模拟 1、除尘装置结构与原理 瓦斯抽采是当前在煤矿治理瓦斯灾害的重要方法。瓦斯抽采要以钻孔为前提，打钻常常使用湿式打钻方法，但由于受到条件约束，有时使用干式打钻，因此需要安装除尘装置。本研究提出干式除尘装置-滤布式重力沉降室除尘装置。 图1 所示为滤布式重力沉降室原理图 滤布式重力沉降室在孔口安装一个箱体，箱体可以是柔性箱体，也可以是带网
2、孔的刚性箱体。如果是柔性箱体，那么柔性箱体由抗静电除尘布制作；如果是带网孔的刚性箱体，那么箱体内衬垫抗静电除尘布。抗静电除尘布有很强的透气性，箱体下部有一个开放的煤渣下落口，煤渣下落口与抗静电布筒连接，布筒可以卷边，使布筒的长度具有可调性，布筒的下出口直接与巷道底板接触。钻孔时，将煤岩渣和矿尘混合物排出。混合物进入沉降室，一方面，较大颗粒的煤渣由于自身重力作用向下沉降，较小的煤尘受到气流的作用向四周扩散，气流绕过滤布纤维向外排出，煤尘与滤布纤维碰撞被捕获。另外，为便于某些使用高压风流排渣打钻，所以在，滤布式重力沉降室上部设置一个小出口，可以将高压风流引至其他水雾除尘装置进行处理。滤布式重力沉降
3、室是利用滤布出风不出尘的功能进行除尘。 图2 所示为滤布式重力沉降室装配图 2、颗粒单元除尘机理 滤布式重力沉降室滤布除尘机理可看作为颗粒除尘机理，其机理是：含尘气体进入除尘装置后，矿尘通过与水滴和过滤球之间的某些作用被消除。我们把水滴和过滤球看作球形颗粒单元，其除尘原理相似。含尘气体经过球形颗粒单元时，由于气体绕流作用，气体会改变方向绕过颗粒单元向前流动，而矿尘由于惯性、截留、布朗运动以及重力等作用不能或难以偏离原来的运动方向，从而撞在球形颗粒单元上被捕集，如图3所示为球形颗粒单元的除尘原理图。 图3 颗粒单元除尘机理 3、滤布式重力沉降室除尘装置模拟分析 煤尘在滤布式沉降室内部进行分离，通
4、过FLUENT软件模拟分析沉降室内部流体流动情况。 FLUENT是一个模拟流体运动的软件，网格具有灵活性，可以支持多种网格，可以随意使用使用不同网格来划分复杂的区域，可以模拟梯度较大的流场，它具有不同的计算模型，采用离散数值方法，可以求解较复杂的流体流动。 FLUENT处理多相流体的模型有Euler模型、Mixture模型、和VOF模型，Euler模型可以模拟多相流动。本研究属于气固两相流体，因此采用Euler模型。气固两相流常采用k-e方程进行计算。 3.1模型建立 图4 模型图 建立模型，如图4所示。 3.2模型说明 为便于分析，将钻杆忽略，并把沉降室轴向外端口和底部设计封闭； 在建模时，
5、把流道空间以外的部分认为是理想的绝热墙，不考虑热交换以及与壁面的能量交换； 在使用GAMBIT建模时，因为考虑过滤布的建模困难，所以利用GAMBIT里的多空介质模型进行建模，把过滤布认为是均匀多孔介质，并简化滤布； 含尘气流在沉降室内属于气固两相流，流速较低，视为不可压缩流； 边界条件：上端出口表压为大气压，另外煤尘颗粒直径设为0.02mm，密度为1400，体积分数为5%，风速4m/s。 因此在使用fluent模拟时采用湍流模型设置各个参数，该模拟采用Euler模型、k-e方程进行模拟。 3.3模拟结果分析 图5、图6模拟得到煤尘的速度矢量图和速度云图验证了滤布式沉降室的流体运动过程，并由此可
6、知： （1）煤尘颗粒进入滤布式沉降室后，大部分煤尘会往下沉降，部分煤尘处于悬浮状态。 （下转第457页） （上接第455页） （2）较大直径的煤尘进入滤布式沉降室后，在自身重力的作用下克服了气体的升力作用会往下降落，部分小直径质量轻的煤尘克服不了上升力作用会在往上飘出或处于悬浮状态。 以上模拟验证了沉降室的流体运动过程，验证了大部分粉尘会往下降落，部分粉尘处于悬浮状态或下降，只有小部分会从上出口飘出。 4、滤布式重力沉降室工业性试验 本滤布式重力沉降室曾在山西阳煤集团多个矿井进行了工业性试验，取得了较好的效果，后经引用至贵州安强煤矿进行工业性试验。试验通过使用CCX1000型直读式测尘仪测试含
7、尘气流进入滤布式重力沉降室的前后矿尘浓度比较，得到以下数据。 从表1中可以看到，含尘气流未经过滤布式重力沉降室前的矿尘平均浓度为370mg/m3，经过滤布式重力沉降室后的平均浓度为23.1mg/m3，除尘率约为93.7%。测试结果说明了安装滤布式重力沉降室后能够有效降低矿尘浓度，达到较好的除尘效果。 表1 粉尘浓度监测表 Tab.1 The dust concentration monitoring单位：mg/m3 5、小结 本文经过设计了干式除尘装置-滤布式重力沉降室结构，进行了理论分析和数值模拟验证了滤布式重力沉降室的除尘特性，并通过工业性试验，验证了滤布式重力沉降室除尘率达到93.7%，能有效降低矿尘浓度。 6、展望 目前干式打钻除尘仍然是煤矿行业研究难点，本研究对于打钻除尘取得了一定阶段性成果，仍尚存在不足，主要是处理微尘效果不及湿式除尘装置、安装麻烦问题，有待进一步研究，但为打钻除尘提供了一个较好的研究方向，有利于促进煤矿安全发展。 作者简介：陈君龙，硕士，广西贵港人，2011年毕业于河南理工大学采矿工程专业,现为广西百色矿务局有限公司东笋煤矿技术员。 谭农耀，广西百色人，2005年毕业于河南理工大学采矿工程专业,现为广西百色矿务局有限公司东怀煤矿技术员。第 5 页 共 5 页
