煤礦井下高壓噴霧霧化特性研究

　　近年來(lái)，隨著開(kāi)采強(qiáng)度的不斷加大和機(jī)械化程度的不斷提高，煤礦井下采掘工作面的粉塵濃度劇增，作業(yè)環(huán)境惡化，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)和工人的身體健康。噴霧降塵具有經(jīng)濟(jì)､簡(jiǎn)便和實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下得到廣泛應(yīng)用。從煤礦的實(shí)際應(yīng)用情況，噴霧降塵效率并不理想，特別是對(duì)呼吸性粉塵，其降塵效率達(dá)不到40%[1-5]。噴霧降塵效果與霧化特性參數(shù)密切相關(guān)，主要包括霧滴粒徑､霧滴速度､霧化錐角及射程等，其中霧滴粒徑是影響噴霧降塵效果的關(guān)鍵因素[6-10]。水的霧化是一個(gè)復(fù)雜的氣､液兩相流過(guò)程，對(duì)霧化特性的研究主要依賴(lài)于氣體動(dòng)力學(xué)､兩相流動(dòng)力學(xué)和數(shù)值計(jì)算等相關(guān)理論[11，12]。目前，除了部分采用理論和數(shù)值模擬方法對(duì)霧化過(guò)程進(jìn)行研究外，大多采用實(shí)驗(yàn)手段對(duì)其開(kāi)展研究[13-20]。因此，筆者選用煤礦井下最常用的螺旋型壓力噴嘴，采用自行設(shè)計(jì)的噴霧降塵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)霧滴粒徑的空間分布以及霧化特性的影響因素進(jìn)行了全面的研究，研究結(jié)果將為煤礦井下噴霧降塵的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

　　1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方案

　　1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　設(shè)計(jì)了可仿真煤礦井下采掘工作面通風(fēng)､噴霧等工況的噴霧降塵系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)主要由巷道模型､馬爾文實(shí)時(shí)高速?lài)婌F粒度分析儀､高速攝像儀､BPZ75/12型高壓水泵 ､水箱､畢托管､TSI9565-P風(fēng)速儀以及相關(guān)的閥門(mén)､管道等組成。巷道模型由入口段､整流段､測(cè)量段､噴霧段､軸流風(fēng)機(jī)及出口段等組成。為便于實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)和噴霧粒徑測(cè)量，巷道模型噴霧段采用板厚為1cm的有機(jī)玻璃制作，其他部分均由鋼板加工制作而成。巷道模型總長(zhǎng)度約20m，斷面尺寸為0.6m×0.6m，各分段長(zhǎng)度見(jiàn)圖1。

 　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軸流風(fēng)機(jī)采用無(wú)級(jí)變頻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)節(jié)，在巷道模型內(nèi)形成穩(wěn)定風(fēng)流，模擬工作面通風(fēng)。高壓泵將水箱內(nèi)的水加壓到一定壓力后輸送至巷道模型噴霧段內(nèi)部的噴嘴形成噴霧場(chǎng)，由安設(shè)在噴霧段兩側(cè)的噴霧粒度分析儀的激光發(fā)射器和接收器測(cè)量分析噴霧場(chǎng)的粒徑分布情況，如圖2所示。采用高速攝像儀對(duì)霧化錐角和霧流射程進(jìn)行測(cè)量，并將所拍攝照片導(dǎo)入Image-ProPlus6.0后處理軟件進(jìn)行霧化錐角計(jì)算。采用畢托管和風(fēng)速儀，通過(guò)動(dòng)壓法測(cè)量巷道模型內(nèi)風(fēng)流速度。

 　　1.2 實(shí)驗(yàn)方案

　　實(shí)驗(yàn)所選用的噴嘴為煤礦井下最常用的螺旋型壓力噴嘴，霧流形狀為實(shí)心圓錐。第1組實(shí)驗(yàn)為霧滴粒徑的空間分布實(shí)驗(yàn)，選擇孔徑為1.5mm的噴嘴，對(duì)噴霧壓力為8MPa下的霧化粒徑進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)移動(dòng)激光粒度分析儀改變激光測(cè)試線(xiàn)與噴嘴的水平和垂直距離，測(cè)定霧場(chǎng)不同位置的霧滴粒徑分布情況。本組實(shí)驗(yàn)根據(jù)噴嘴現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的位置情況，在噴嘴軸線(xiàn)方向選取5個(gè)位置，即離噴嘴50､75､100､125､150cm，并分別用空間坐標(biāo)表示為(50，0)､(75，0)､(100，0)､(125，0)､(150，0);在離噴嘴100cm的斷面上沿軸線(xiàn)垂直方面選擇4個(gè)位置，即距離軸線(xiàn)0､5､10､15cm，空間坐標(biāo)表示為(100，0)､(100，5)､(100，15)､(100，20)。各測(cè)點(diǎn)空間位置布置如圖3所示。第2組實(shí)驗(yàn)為噴霧壓力的影響實(shí)驗(yàn)，對(duì)5種(2､4､6､8､10MPa)供水壓力下的霧化錐角､霧流射程以及霧化粒度進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)所選噴嘴同第1組實(shí)驗(yàn)。第3組實(shí)驗(yàn)為噴嘴直徑的影響實(shí)驗(yàn)，采用馬爾文實(shí)時(shí)高速?lài)婌F粒度分析儀和高速攝像儀，對(duì)5種不同直徑的噴嘴(1.0､1.2､1.5､1.8和2.0mm)在噴霧壓力為8MPa下的霧化錐角､霧流射程以及霧化粒度進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)，也對(duì)不同直徑噴嘴在相同耗水量(5.6L/min)下的噴霧壓力及其霧化特性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

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