干式钻进煤尘在巷道中运移及分布规律的研究

【摘要】：本文从煤层顺层钻孔干式钻进工艺产尘浓度高、治理难度大,对钻进煤尘在巷道中运移及分布规律认识模糊等现状出发,采用理论分析、数值模拟和现场测定相结合的方法,对煤层干式钻进过程中煤尘的基本特性,煤尘在巷道中运移和分布的规律及其影响因素进行了基础研究,并在此基础上针对不同的现场条件提出不同的防降尘措施。 本文分析了钻进产尘的机理,是钻头挤压煤体产生的煤粉核内聚集能量的释放带出煤尘,并在此基础上得出煤的机械物理性质、含水量及钻具的结构和工况参数是影响钻进产尘的主要因素；建立了产尘量计算的数学模型。并结合淮南矿业集团潘二矿11014上顺槽顺层钻孔的施工过程,测定了干式钻进工艺的发尘量,分析了钻屑和煤尘的粒度分布,得到煤层干式钻进的发尘量约为0.01kg/s；钻屑中315μm粒度以上颗粒质量占97%,76μm以下的煤尘颗粒质量占0.74%,煤尘产量较大。 采用稀相气固两相流理论,对巷道内煤尘颗粒在气流中的耦合运动进行了研究,分别对煤尘颗粒所受的动力和阻力进行了分析,建立了巷道中煤尘颗粒的运动方程；对煤尘颗粒的沉降、悬浮运动进行了分析,建立了煤尘在静态流、层流和湍流流场中瞬时点源和连续点源的扩散方程；根据煤尘运动和扩散规律,得出了煤尘在水平和垂直方向上的运动状态。 利用FLUENT软件,选用DPM模型对煤尘颗粒在巷道中运移及沉降规律进行了数值模拟,对不同粒径颗粒在巷道中的运动轨迹进行了对比,建立了煤尘颗粒沉降距离与粒径之间的关系；模拟了不同风速下煤尘颗粒的运移及分布规律；得到巷道呼吸带上煤尘浓度沿程变化的模拟曲线。模拟结果表明：风速和粒径分布是煤尘运移及分布的主要影响因素,大颗粒煤尘受重力作用明显易沉降到巷道底板上,小颗粒煤尘受升力作用显著而扩散在整个巷道空间；风速越大,煤尘沉降距离越大,煤尘在巷道中停留时间缩短。 以淮南矿业集团潘二矿11014上顺槽为试验地点,对煤层干式钻进煤尘在巷道中的浓度分布进行了现场实测,通过实测数据的整理和对比,得到煤尘运移及分布的相关规律： 1.干式钻进煤尘浓度沿程先升高后降低,孔口下风侧12m处为煤尘浓度极大值点; 2.靠近孔口煤壁及底板的煤尘浓度沿程变化幅度较大 3.巷道上部空间煤尘浓度沿程变化较小。 对煤尘浓度各测点的煤尘分散度进行了实验室测试,得出小于5μm的煤尘颗粒分散度沿程逐渐上升,分散度反应了各粒级煤尘运移及分布情况。