掘進(jìn)工作面渦流控塵系統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)場效果考察

馬艷云

（山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西交城030500）

引言

某煤礦掘進(jìn)工作面為低瓦斯、小斷面、煤巷，為了在掘進(jìn)工作面應(yīng)用空氣幕隔塵技術(shù)，進(jìn)一步驗證渦流控塵技術(shù)理論分析和數(shù)值模擬分析結(jié)果，對太原煤氣化集團(tuán)公司某煤礦現(xiàn)有掘進(jìn)工作面通風(fēng)除塵技術(shù)現(xiàn)狀、設(shè)備性能及特點進(jìn)行了分析，設(shè)計了掘進(jìn)工作面的通風(fēng)降塵系統(tǒng)。

1 掘進(jìn)巷道通風(fēng)除塵工藝設(shè)計

1.1 通風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

根據(jù)中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“巷道掘進(jìn)混合式通風(fēng)技術(shù)規(guī)范”[1]（MT/T441—1995）規(guī)定：

1）煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出巖巷的混合式通風(fēng)方式只允許采用“長壓、短抽”和“長壓、短抽、短壓”的方式。

2）壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口或抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)口與掘進(jìn)工作面的距離，應(yīng)分別在風(fēng)流的有效射程或有效吸程范圍內(nèi)，抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)口與掘進(jìn)工作面的距離不得大于5 m。

3）短抽或短壓風(fēng)筒與主導(dǎo)風(fēng)筒間的重疊段長度宜大于10 m，小于60 m。

由于“長壓、短抽、短壓”方式只針對高溫巷道（短壓為吹冷風(fēng)）。某煤礦掘煤工作面只能采用長壓短抽混合通風(fēng)方式。

另外長壓短抽混合通風(fēng)方式具有如下特點要求：

1）長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)只能減輕掘進(jìn)工作面粉塵污染程度，無法消除工作面及巷道的粉塵污染問題；其除塵效果及安全性能主要決定于壓入和抽出風(fēng)量間的匹配、壓入和抽出式風(fēng)筒距工作面的距離以及吸風(fēng)口形狀。

2）帶附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)，壓風(fēng)沿巷道截面形成的旋轉(zhuǎn)空氣幕，既阻止了產(chǎn)塵點的粉塵向外擴散，又消除巷道頂端積聚瓦斯，是理想的通風(fēng)控塵方式。

3）為了保證抽風(fēng)管和壓風(fēng)管重疊段不出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)，長壓短抽通風(fēng)除塵工藝的除塵風(fēng)機吸風(fēng)量應(yīng)為供風(fēng)量的0.8倍。

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“巷道掘進(jìn)混合式通風(fēng)技術(shù)規(guī)范”（MT/T 441—1995），及帶附壁風(fēng)筒渦流控塵特點，某煤礦煤巷的掘進(jìn)通風(fēng)除塵系統(tǒng)選擇帶附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)方式，其相應(yīng)的布置要求已在規(guī)定中表明。

1.2 通風(fēng)除塵系統(tǒng)的工藝參數(shù)

1.2.1 掘進(jìn)工作面風(fēng)量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對掘進(jìn)工作面風(fēng)量要求，低溫?zé)o瓦斯煤巷掘進(jìn)最低風(fēng)量Q供＞15S回。

1.2.2 除塵風(fēng)機的抽風(fēng)量

考慮到混合通風(fēng)方式的壓風(fēng)風(fēng)筒與除塵風(fēng)機抽氣風(fēng)筒重疊部分不出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)，需要有新風(fēng)流過，因此，附壁風(fēng)筒形成的旋轉(zhuǎn)新風(fēng)氣流一部分向掘進(jìn)工作面推進(jìn)，另一部分背離工作面向除塵風(fēng)機排氣口推進(jìn)，這樣保證了風(fēng)筒重疊部分氣流潔凈和通風(fēng)系統(tǒng)安全。

參照相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果[2-3]：壓風(fēng)量Q抽風(fēng)=0.8Q供風(fēng)，可得出除塵風(fēng)機所需的抽氣量。

1.2.3 附壁風(fēng)簡的風(fēng)量調(diào)節(jié)

附壁風(fēng)筒縫隙出風(fēng)量與附壁風(fēng)筒調(diào)節(jié)風(fēng)門流出風(fēng)量可根據(jù)現(xiàn)場工作需要和降塵效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。在掘進(jìn)機工作時，調(diào)節(jié)風(fēng)門0～40%左右的開度，停止掘進(jìn)時，全開調(diào)節(jié)風(fēng)門。

1.3 附壁風(fēng)筒的設(shè)計

附壁風(fēng)筒是渦流控塵的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)包括如下方面：

1）應(yīng)確保在掘進(jìn)機工作時附壁風(fēng)筒側(cè)面縫隙噴出氣流必須有足夠的噴出速度，形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)流，速度為44.4 m/s。

2）對于某些巷道的掘進(jìn)過程，附壁風(fēng)筒在提供旋轉(zhuǎn)風(fēng)流的同時，還必須提供軸向風(fēng)流。

3）在掘進(jìn)機停止工作時（除塵風(fēng)機也停止工作），一側(cè)面縫隙關(guān)閉，提供軸向風(fēng)流。

4）方便兩端風(fēng)筒的連接。

因此，在附壁風(fēng)筒的末端設(shè)計有提供軸向風(fēng)流的調(diào)節(jié)風(fēng)門，能實現(xiàn)風(fēng)門的自由調(diào)節(jié)。

1.4 除塵風(fēng)機的要求和選擇

1.4.1 對除塵風(fēng)機的要求

除塵器的性能，特別是除塵器對呼吸性粉塵的除塵效率、對帶附壁風(fēng)筒長壓短抽通風(fēng)的渦流控塵工藝系統(tǒng)中的降塵效果都十分重要，因為除塵器的除塵性能直接關(guān)系到除塵風(fēng)機排氣口處的巷道空氣含塵濃度。所以，選擇高性能的除塵器十分關(guān)鍵。

1.4.2 除塵風(fēng)機的選型

文獻(xiàn)分析表明[3-4]，現(xiàn)有濕式纖維柵除塵風(fēng)機的指標(biāo)完全滿足“礦用除塵器通用技術(shù)條件”要求，除塵性能、特別是呼吸性粉塵的除塵效率明顯高于其它原理的除塵風(fēng)機，是巷道通風(fēng)除塵風(fēng)機的首選設(shè)備。應(yīng)選擇KCS-22522型濕式纖維柵振弦除塵風(fēng)機。

1.5 其他問題

1.5.1 防小車側(cè)翻

由于掘進(jìn)機運動的慣性和突然性，承載除塵風(fēng)機的小車和除塵風(fēng)機有可能側(cè)翻。為了防止側(cè)翻事故的發(fā)生，設(shè)計除塵風(fēng)機承載小車時已充分考慮在車輪另一側(cè)增加防側(cè)翻擋板，與車輪形成一體。當(dāng)除塵風(fēng)機出現(xiàn)傾斜時，防側(cè)翻擋板會鉤住軌道，避免除塵風(fēng)機的進(jìn)一步傾斜、側(cè)翻。

1.5.2 除塵風(fēng)機吸塵罩

吸從罩的位置和結(jié)構(gòu)對除塵風(fēng)機的吸塵效果影響較大。在很多場合，除塵風(fēng)機的吸塵罩為圓筒，直徑與風(fēng)管大小相同；在掘進(jìn)工作面的空間條件下，理論和實踐表明，與圓筒吸塵罩相比，吸風(fēng)口面積擴大的扁平矩形吸塵罩的吸氣范圍更廣、吸塵效果更好。本項目采用了扁平吸塵罩[5]。

吸塵罩離工作面越近，吸塵效果越好，一般為3 m。由于巷道高度較低，本項目中吸塵罩離工作面4 m，對吸塵效果稍有影響，但對司機處的氣流含塵濃度影響不大，因為司機離工作面的距離超過6 m。

吸塵罩也可設(shè)計成兩個吸塵口，且間隔一定距離。模擬分析表明，兩個吸塵口可在一定區(qū)間范圍內(nèi)有效降低粉塵濃度。在有條件的巷道，可以縮短吸風(fēng)口離工作面的距離、設(shè)計兩個吸風(fēng)口。

2 工作面含塵濃度測試結(jié)果

巷道通風(fēng)除塵系統(tǒng)的含塵濃度測試在不用附壁風(fēng)筒和使用附壁風(fēng)筒的情況下進(jìn)行，除塵系統(tǒng)布置如圖1所示，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 有附壁風(fēng)筒的長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)備布置簡圖

表1 巷道粉塵質(zhì)量濃度測試數(shù)據(jù)mg/m3

從表1可以看出，綜掘工作面渦流控塵系統(tǒng)的宴施，取得如下成果：

1）與長壓短抽除塵系統(tǒng)相比，巷道各處粉塵濃度明顯降低，體現(xiàn)了渦流控塵系統(tǒng)的良好降塵效果。

2）掘進(jìn)司機位置粉塵濃度明顯下降。掘進(jìn)司機位置總粉塵質(zhì)量濃度由246.59mg/m3下降到40mg/m3以下，消除了因粉塵濃度高而影響司機的操作視線。與無附壁風(fēng)筒的長壓短抽系統(tǒng)相比，總粉塵濃度降塵效果達(dá)到了80%以上。

3）系統(tǒng)降塵效率提高。除塵系統(tǒng)排放口平均總粉塵質(zhì)量濃度為7.84 mg/m3，呼吸性粉塵質(zhì)量濃度為0.82mg/m3，除塵風(fēng)機效率為95.8%，到達(dá)規(guī)定指標(biāo)。特別是呼吸性粉塵濃度降低到0.82mg/m3，比較理想[6]。

3 結(jié)語

綜掘面渦流控塵系統(tǒng)的應(yīng)用，降塵效果良好，作業(yè)場所的勞動衛(wèi)生條件得到了極大改善?？偡蹓m除塵效率達(dá)到80%以上，除塵風(fēng)機的效率達(dá)到95.8%。同時，附壁風(fēng)筒的使用大大提高了控塵效率，為防止粉塵逃逸提供了保障。

[1]劉濤，郭勝均，汪春梅.渦流控塵裝置的控塵機理及試驗研究[J].能源環(huán)境保護(hù)，2009（2）：34-36.

[2]梁愛春，金小漢，郭勝均.渦流控塵系統(tǒng)與濕式旋流除塵系統(tǒng)復(fù)合除塵效果影響因素試驗[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009（6）：90-92.

[3]黃金星，曲寶.渦流控塵為主的機掘面長壓短抽除塵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].煤炭工程，2012（8）：232-234.

[4]常建兵，劉濤，胥奎.綜掘工作面粉塵防治技術(shù)研究[J].煤炭工程，2007（3）：45-47.

[5]何清海.綜掘工作面粉塵防治新技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012（8）：56-57.

[6]嚴(yán)昌熾，陳治中，李德文.煤礦機掘面通風(fēng)除塵技術(shù)的研究[J].中國煤炭，1997（11）：89-93.