综掘工作面泡沫射流抑尘原理与方法

In the fully mechanized excavation roadway, a large amount of dust is generated with high hydrophobic property and it's easy to dispersive with ventilating current.To solve the problem, the applicant proposes the idea of using foam jet forming a closed dynamic loop to suppress dust on the basis of foam's deposition and adhesion.To solve the problem of the foaming agent's small-scale dosing, the rsearch of using cavitation to add the foaming agent is needed;To solve the problem of the great resistance loss, low outlet pressure and insufficient foaming capacity in foam preparation process,the study of Multi-nozzle jet spiral mesh low-resistance foaming is needed;To improve the effectiveness of foaming dust suppression, the study of forming a closed dynamic foaming loop to suppress dust is needed.Through this research project, the theoretical and technical bottlenecks of low-cost foam's preparation and efficient use can be broke through. And the dust suppression principle using foam jet in the fully mechanized excavation face could be formed. All this will provide a scientific basis and innovative technology for the efficient dust prevention in fully mechanized excavation face.

针对综掘工作面粉尘产生量大、疏水性强且易随风流弥散的特点，利用泡沫比水雾表面积和流量大及黏附性好的优势，提出泡沫射流动态封闭环抑尘的新思路。为破解抑尘泡沫制备中发泡剂小比例定量添加的难题，研究利用射流汽蚀原理实现发泡剂小比例稳定添加的方法及特性；为克服现有抑尘泡沫制备过程中阻力损失大、泡沫出口压力低和产泡能力弱的不足，研究多喷嘴射流螺旋网孔的低阻发泡原理与方法；为提高泡沫抑尘的有效性，研究综掘面泡沫射流动态封闭环的形成方法及抑尘特性。通过本项目研究，阐明抑尘泡沫可靠制备和高效利用的原理与方法，为高效防治综掘工作面粉尘提供科学依据和创新技术。

矿尘可导致尘肺病和爆炸事故，是危害煤矿工人职业健康和矿井安全生产的最严重灾害之一，而综掘工作面粉尘危害是我国煤矿井下最严重的地点。但国内外现采用的喷雾降尘和通风除尘技术难以满足要求。项目针对综掘面粉尘防治的重大需求，攻克了泡沫制备与利用及发泡剂研制联用除尘等技术难题，取得的主要成果如下：.设计了新式无喉管空化气蚀射流泵，构建了空化射流泵性能测试系统，以数值模拟和实验室实验为手段，确定了射流泵关键性能参数；研究结果表明，射流泵压力比（绝对出口压力与绝对入口压力的比值）低于临界值（正常工作状态与空化状态的临界点处出口绝对压力与入口绝对压力的比值）时进入空化状态，吸液量达到极限值；新式射流泵可实现临界压力比0.5下的稳定吸液，提高了出口压力，适用条件更广。.设计了新型螺旋网孔低阻高效发泡器，将泡沫混合液的一维流动变为三维流动，提升了空气与发泡液混合程度；构建了发泡性能测试系统，测定了工况参数对压力梯度和产泡量的影响程度；研究结果表明，螺旋网孔结构长度为30~40cm时能最大程度保证泡沫均匀度，提升发泡倍数；发泡剂浓度为0.4%~0.75%时，发泡器顶部与底部之间压力梯度的差异消失，泡沫能均匀充满发泡器的横截面；空气流量为55m3/h时产泡量最佳。.研究了截割头产尘区域特性，设计了新型内部渐缩喷嘴，通过实验室和现场工业性试验确定了喷嘴最优结构参数；研发了低成本高效除尘发泡剂，分析了非离子基团对表面活性剂抗硬水性的影响规律，揭示了发泡剂吸附润湿煤尘机理及动态润湿过程。.通过本项目的研究，获中国煤炭工业科学技术一等奖1项，高等学校科学研究优秀成果科技进步二等奖1项（已公示）；发表学术论文15篇，其中SCI收录9篇，EI收录4篇；获授权国家发明专利2项、申请国家发明专利2项；出版学术专著1部；项目组成员中1人入选“中国科协青年人才托举工程”，1人获“孙越崎青年科技奖”，3人晋升副教授；培养出博士1人、硕士1人。