煤层钻孔孔口除尘系统的优化设计与实验研究

论文摘要

钻孔预抽瓦斯是目前防治煤与瓦斯突出事故的最常用方法之一,其钻孔钻进时多采用干式风力排渣,但产生的大量粉尘影响矿井安全生产、损害工人健康。因此,如何降低粉尘浓度成为干式风力排渣钻孔急需解决的关键问题。针对该问题,本文在液气射流泵技术理论基础上,提出直接利用井下供水系统水压驱动射流泵除尘系统进行负压除尘的新思路。本文采用理论与实验相结合的方法,根据液气射流泵技术理论,设计了射流泵除尘系统,并通过数值模拟与均匀设计实验优化了射流泵除尘器的结构参数,最后通过室内模拟实验测定了射流泵除尘系统的除尘效率。主要研究成果如下:①根据液气射流泵技术理论,研究了射流泵除尘系统的结构组成和工作原理,设计了射流泵除尘器、集尘装置、封尘装置的结构及管路连接形式,理论计算了射流泵除尘器的结构参数及取值范围。②根据理论计算结果,结合煤矿实际情况,利用ANSYS CFX软件,初步优化了射流泵除尘器结构参数的取值范围:喉管直径d2为26～32mm（或面积比m为6.5～10）,喉管长径比Lk/d2为5～7,喉嘴距Lc为5～20mm。在此基础上,通过均匀设计实验进一步优化射流泵除尘器的运行参数和结构参数,得出其吸气量最大时的参数取值:工作压力为0.5MPa,喉嘴距为20mm,面积比为8.6,喉管长径比为6.2。③通过实验室模拟实验对射流泵除尘系统的除尘效率进行测定,结果表明射流泵除尘系统的除尘效率达到95%以上,除尘效果好。④射流泵除尘系统无需外加泵源,直接利用井下供水系统水压提供动力,结构简单、体积小、拆卸方便,对钻孔施工影响小,可显著改善工人工作环境,促进矿井安全生产。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤层钻孔孔口除尘研究现状
• 1.2.2 液气射流泵研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 射流泵除尘系统的理论研究
• 2.1 射流泵除尘系统的结构组成及工作原理
• 2.1.1 结构组成
• 2.1.2 工作原理
• 2.2 射流泵除尘系统的设计
• 2.2.1 射流泵除尘器的设计
• 2.2.2 集尘装置的设计
• 2.2.3 封尘装置的设计
• 2.2.4 管路连接
• 2.3 射流泵除尘系统的加工
• 2.4 小结
• 3 射流泵除尘器参数优化实验
• 3.1 基于CFD 的射流泵除尘器参数优化
• 3.1.1 ANSYS CFX 简介
• 3.1.2 控制方程
• 3.1.3 几何模型及网格划分
• 3.1.4 边界条件及收敛判据
• 3.1.5 数值模拟结果及分析
• 3.2 基于均匀设计实验的射流泵除尘器参数优化
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 实验结果及分析
• 3.3 小结
• 4 射流泵除尘系统模拟现场除尘实验
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 实验设备系统
• 4.1.2 射流泵除尘系统
• 4.2 实验测点布置
• 4.3 实验步骤
• 4.4 实验结果
• 4.5 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士期间发表论文
• B. 作者在攻读硕士期间参加科研项目情况