难溶水煤层机掘工作面控尘除尘理论及应用研究

Research on the theory and technical equipments for dust control and removal in the mechanized heading face of water-insoluble coal seam is an urgent topic in the current mine safety, that is of great academic significance and practical value for realizing the clean safety production in coal mine. Focusing on the mechanized heading face of water-insoluble coal seam, based on the comprehensive consideration of such factors as coal seam properties, mechanized heading face properties, driving equipment and technology, ventilation in tunnels, by the combination of field test, theoretical analysis and numerical simulation of gas-solid two-phase flow in confined space, laboratory similarity simulation experiment, development of key equipment and parameter optimization design, the thesis researches the laws of coal dust precipitation and dissipation in the mechanized heading face, studies the method of dust control and removal suited to different coal dust properties, develops the key technologies and equipments for scientifical dust control and removal, establishes the systematic control method and theory system on coal dust of driving face, determines the coal dust control system scheme scientifically and optimizes relevant technological parameters, forms a perfect air-curtain dust-controlled ventilation and dust removal technical system in mechanized heading face of water-insoluble coal seam, provides theory instruction and technical support to achieve effective control of coal dust pollution in driving face and eliminate security risks and achieve clean safety production of mine.

难溶水煤层机掘工作面控尘除尘理论和技术装备研究是当前矿山安全领域亟待解决的课题，对于实现矿山洁净安全生产具有重要的理论意义和实用价值。本课题以难溶水煤层机掘工作面为研究对象,在综合考虑煤层特性、工作面特征、掘进设备和工艺、巷道通风方式等因素基础上，采用现场测试、受限空间气固两相流理论研究与数值模拟、实验室相似模拟试验、关键设备开发和参数优化设计相结合，探索机掘工作面煤尘析出运移沉降规律,研究适合不同煤尘特性的控尘除尘方法，研究开发科学的控尘和除尘关键技术与装备，建立起系统的掘进工作面煤尘控制方法和理论体系，科学确定煤尘控制系统方案和优化相关工艺参数，形成完善的难溶水煤层机掘工作面气幕控尘通风除尘技术体系，为实现有效控制掘进工作面煤尘污染和消除安全隐患、实现矿井清洁安全生产提供理论指导和技术支持。

难溶水煤层综掘工作面掘进过程中，由于独头掘进速度快、独头通风距离长、湿式除尘降尘效果差等因素影响，如何科学判别难溶水煤层、如何开发适合难溶水煤层综掘工作面特点的新型高效除尘技术，已经成为理论和应用方面亟待解决的两大难点。本课题研究了煤尘物理化学性质及其对煤尘润湿性能的影响规律,建立了煤尘润湿性能评估、分类和判别方法，实现了难溶水煤层的科学判识。研究了综掘工作面风流流动与煤尘分布规律，开发了新型风幕发生装置，设计了难溶水煤尘综掘工作面风幕控尘负压除尘系统，优化了相应的工艺参数。取得的主要进展如下：.1.研究了煤尘物理化学性质及其对煤尘润湿性能的影响规律，通过对35个矿井煤岩的取样制样和实验室测定分析，获得了煤尘润湿性能与煤尘灰分含量、煤尘固定碳含量、煤尘水分含量、煤尘挥发分含量、煤尘C含量、煤尘H含量、煤尘S和N含量、煤尘O含量、煤尘比孔容、平均孔直径、芳碳率、平均缩环指数、环缩合指数、氧碳比、氢碳比等因素之间的变化规律。提出了“一种基于BP人工神经网络的煤尘润湿接触角估算方法”，开发了“矿井煤尘润湿接触角估算软件V1.0”，建立了基于煤尘润湿接触角的煤尘润湿性能类别判定方法。.2.设计了难溶水煤尘综掘工作面煤尘控尘除尘方案，在传统的综掘工作面长压短抽通风系统的基础上，通过设置风幕发生器和除尘风机，形成难溶水煤尘综掘工作面风幕控尘负压除尘系统。设计了一种240°弧形风幕发生装置，通过实验室风幕风速衰减实验，获得了风幕风速衰减规律。.3.建立了基于GAMBIT的难溶水煤尘综掘工作面风幕控尘负压除尘系统数值模拟模型，获得了综掘工作面风流流动与煤尘分布规律。研究了难溶水煤尘综掘工作面风幕控尘负压除尘系统各组成部分的参数设计及其相互之间的合理匹配关系。建立了最佳风幕宽度、最佳风幕射流初速度、最佳除尘风机负压、风幕距除尘机吸尘口最优距离等工艺参数的优化方法。.4.结合晓明矿实际设计了风幕控尘负压除尘系统，优化了系统工艺参数，提出了系统使用和维护操作规程，经过一年多的实践，取得良好的控尘除尘效果。