[01330613]煤矿综掘面气载粉尘职业健康保障技术及成套装备

1、任务来源 本课题由国家自然科学基金重点项目：煤矿难润湿性煤层采掘面煤尘扩散机理及防治技术基础研究（U1261205）、国家自然科学基金面上项目：高压雾化尘雾场双流体耦合的除尘机理与应用基础研究（51074100）、山东省科技发展计划项目：矿井综掘工作面气载粉尘的高效抑制关键技术与装备（2013GSF12004）、国家发改委基金：煤矿采掘面湿喷除尘系统设备项目，联合资助完成。

2、应用领域和技术原理 本项目属于矿山安全与采矿环境工程学科，主要针对综掘工作面机械化程度高、进尺快、单位时间产尘量大且高浓度粉尘在风流作用下运移弥散导致综掘面粉尘浓度高、危害矿工身心健康等问题而提出。

本课题的具体研究思路是：首先，通过粉尘工业元素分析实验、红外光谱实验、X-射线衍射实验、能谱实验、核磁共振等实验分析内蒙黄陶勒盖长焰煤、山西井东气煤、山东新巨龙肥煤、安徽五沟焦煤、安徽百善无烟煤、陕西大柳塔长焰煤、陕西亭南不黏煤、山西同家梁弱黏煤、陕西榆树湾气煤、山东白庄气肥煤、山西回坡底1/3焦煤、阳泉矿区无烟煤等煤尘微观堆垛、分子结构对润湿性的影响，为喷雾降尘试验研究提供理论基础。

其次，以具有代表性的蒋庄煤矿3下610煤巷、辛置煤矿2-1092巷、回坡底煤矿东五采区皮带巷综掘工作面为研究对象，利用FLUENT数值模拟软件对未应用附壁风筒的传统长压短抽式控尘系统以及应用附壁风筒后综掘工作面在不同轴径配风比、不同压抽比、附壁风筒不同位置等多因素影响条件下的控风流-粉尘运移情况进行模拟分析，确定综掘工作面最佳通风控尘方式。

进而，利用自主研发的基于相位多普勒激光干涉技术的喷雾仿真试验平台对空气雾化喷嘴在多因素影响条件下雾场的雾滴特性进行测定分析，并依据试验结果优选适用于综掘工作面的空气雾化喷嘴及最优喷雾参数。

同时，通过高分子物质改性手段，研制适用于综掘工作面的新型环保抑尘剂，并利用红外、XRD实验等手段对抑尘剂结构和性质进行表征，在此基础上研制可用于整个采区的抑尘剂集中、自动添加系统;

再者，研制可在综掘工作面形成有效控尘风幕的附壁风筒，并针对传统除尘风机缺陷，研制适用于综掘工作面不同生产情况的矿用湿式除尘风机;

最后，基于上述研究成果，形成综掘工作面气载粉尘防治关键技术工艺及装备，以实现综掘面粉尘的高效控除，保障矿井的安全高效生产。

3、主要创新点

（1）揭示了煤尘工业元素、微观堆垛及分子结构对其润湿性的影响;

（2）掌握了应用附壁风筒前后综掘工作面不同通风条件下风流-粉尘运移规律，分析了空气雾化喷嘴在多因素影响条件下的雾滴特性，并优选了适用于综掘工作面的空气雾化喷嘴及其喷雾参数，在此基础上研制了新型环保抑尘剂及其自动、集中添加系统;

（3）研制了新型高分子材料轻质附壁风筒及适用于不同生产情况的矿用湿式除尘风机，形成了综掘工作面气载粉尘防治关键技术工艺及装备。