探析綜掘工作面分段風(fēng)控塵技術(shù)

竇少鵬

（陽泉煤業(yè)和順新大地煤業(yè)有限公司，山西陽泉 032700）

0 引言

目前，綜掘工作面的粉塵防治措施主要有掘進機內(nèi)外噴霧、氣幕控塵、濕式除塵、轉(zhuǎn)載點噴霧和巷道風(fēng)流凈化水幕等[1]。在實踐應(yīng)用過程中存在著不利的因素，主要表現(xiàn)為：第一綜掘工作面采用主動壓風(fēng)、被動出風(fēng)的通風(fēng)模式，在綜掘工作面采用噴霧降塵，會使得工作面氣流變?yōu)闅忪F狀，不利于工作人員的作用，同時也會帶來相應(yīng)的安全隱患。第二，以上各降塵措施都沒有對綜掘工作面的風(fēng)流進行相應(yīng)的控制，降塵效果不是很好[2]。主要是采用直接除塵的方式，因此除塵效率比較低。以某礦15028綜掘工作面為研究對象，對其采用分段風(fēng)控塵技術(shù)進行實踐的應(yīng)用研究。

1 工作面概況

該礦15028回風(fēng)巷沿2#煤層底板掘進，煤層沿巷道傾角2°～4°，2#煤屬于干燥易碎（原始水分含量0.85%、堅固性系數(shù)f=0.46）、難濕潤煤層，工作面采用EBZ-220懸臂式掘進機截割落煤，選擇?1000雙反邊軟質(zhì)風(fēng)筒供風(fēng)，同時配備了KCS-500型濕式除塵器，處理風(fēng)量450～550 m3/min，實測吸風(fēng)量為480 m3/min，箱體固定在綜掘機二運拖拉尾，隨綜掘機向前移動。

15028工作面所開掘的巷道具有斷面大（S=5.2 m×3.6 m=18.72 m2）、供風(fēng)量大（500～550 m3/min）、出口風(fēng)速高（8～10 m/s、風(fēng)流壓頭大、對迎頭流場擾動大）、割煤強度大（日進尺15～20 m）、煤體破碎嚴(yán)重、產(chǎn)塵量大等特點，導(dǎo)致粉塵產(chǎn)塵強度高、治理難度大、防塵系統(tǒng)工藝要求高，因此急需針對綜掘面粉塵治理難題進行系統(tǒng)研究，尤其是針對高產(chǎn)塵綜掘工作面通風(fēng)控塵技術(shù)進行研究。

2 分段控風(fēng)控塵系統(tǒng)參數(shù)確定

為了控制15028回風(fēng)巷掘進工作面粉塵向回風(fēng)側(cè)擴散，綜掘工作面配備了分段控風(fēng)控塵系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由附壁風(fēng)筒、調(diào)風(fēng)閥門、整流風(fēng)筒等組成[3]。工作面正常工作時，新鮮風(fēng)流向前方煤壁移動，割煤產(chǎn)塵與新鮮風(fēng)流混合后在煤壁阻擋作用下向后移動，工作面前部區(qū)域存在新鮮風(fēng)流與含塵氣流相互作用面，該作用面就是控制粉塵向外擴散的臨界面，通過調(diào)節(jié)軸向出風(fēng)口和徑向出風(fēng)口與工作面煤壁之間的距離，控制控塵面的位置，保證司機位置處于新鮮分流中，使得控塵區(qū)域保持在司機前方，同時控塵面位于吸塵罩罩口后方，提高效果。

2.1 軸向出風(fēng)與迎頭距離確定

根據(jù)工作面配風(fēng)量與除塵器抽風(fēng)量關(guān)系，即在工作面前部控塵區(qū)域內(nèi)，單位時間內(nèi)除塵器未抽出的風(fēng)量將和割煤產(chǎn)生的粉塵無序擴散，形成高濃度粉塵存儲區(qū)域[4]。工作面正常生產(chǎn)時，割煤屬于間歇性的，從左幫割到右?guī)蜁r，掘進機會短暫停頓，待除塵器將控塵區(qū)域大部粉塵抽走后，再繼續(xù)割煤。因此，在割煤期間，通過建立數(shù)學(xué)模型，計算軸向出風(fēng)口距離工作面煤壁最佳距離為軸向出風(fēng)口距離迎頭8～10 m時為最佳。

2.2 徑向出風(fēng)與迎頭距離確定

為研究出風(fēng)口有效射程，國內(nèi)外學(xué)者研究射流場流動規(guī)律，給出自由射流和受限射流的計算公式，射流出風(fēng)口到射流風(fēng)速降為零處，此過程之間的距離為射程，射流射程計算公式為：

根據(jù)現(xiàn)場條件，F(xiàn)n為巷道斷面面積，F(xiàn)n=18.72 m2，θ取11°，經(jīng)過計算得到徑向出風(fēng)口有效射程為s=18.36 m，考慮到控塵面的位置，新鮮風(fēng)流應(yīng)位于司機前部、吸塵罩口后部，取徑向出風(fēng)口距離迎頭20 m比較合理[5]。

3 控風(fēng)控塵效果分析

根據(jù)理論分析結(jié)果，在現(xiàn)場開展試驗測試分析，以驗證軸徑向出風(fēng)口參數(shù)的有效性。經(jīng)過現(xiàn)場測定，在不使用任何降塵措施時，綜掘面司機位置原始粉塵濃度為2 744 mg/m3，在通風(fēng)除塵系統(tǒng)未經(jīng)改進優(yōu)化前，15028回風(fēng)巷掘進面司機位置總粉塵濃度平均為1 224.8 mg/m3，綜掘機機尾一運轉(zhuǎn)載點總粉塵濃度平均為489.7 mg/m3，機尾二運轉(zhuǎn)載點總粉塵濃度平均為253.2 mg/m3。為了得到附壁風(fēng)筒最佳安裝位置，以軸向出風(fēng)口距離迎頭15 m、20 m和25 m三種條件下控塵效果進行現(xiàn)場試驗，并且通過連續(xù)測試掘進面司機位置粉塵濃度，以此確定附壁風(fēng)筒距離迎頭最佳配套參數(shù)。通過現(xiàn)場試驗可知：當(dāng)附壁風(fēng)筒位于二運轉(zhuǎn)載點后部時，二運轉(zhuǎn)載點距離附壁風(fēng)筒較近，此處風(fēng)速較大，轉(zhuǎn)載點兩側(cè)有大量粉塵被風(fēng)流帶入到工作面，因此附壁風(fēng)筒最佳位置應(yīng)為距離迎頭20 m處，且靠近二運轉(zhuǎn)載點，在二運轉(zhuǎn)載點前5 m位置為最佳[5-7]。

通風(fēng)除塵系統(tǒng)改進優(yōu)化后，與未優(yōu)化前相比，司機位置粉塵濃度從1 224.8 mg/m3下降到225.3mg/m3，粉塵濃度下降81.6%，總降塵效率為91.8%；一運轉(zhuǎn)載點粉塵濃度從489.7 mg/m3下降到146.8 mg/m3，粉塵濃度下降了70.1%，總降塵效率為84.0%；二運轉(zhuǎn)載點粉塵濃度從253.2 mg/m3下降到99.0 mg/m3，粉塵濃度下降60.9%，總降塵效率為86.5%。15028回風(fēng)巷綜掘工作面通風(fēng)除塵效果有明顯改觀，工作面粉塵濃度有大幅下降。

總之，通過采取對原通風(fēng)除塵系統(tǒng)分段出風(fēng)參數(shù)優(yōu)化后，通風(fēng)除塵系統(tǒng)的控降塵效果提升80%左右，能夠有效降低掘進面粉塵濃度。該系統(tǒng)在最佳匹配參數(shù)下司機位置的平均粉塵濃度可降到225.3 mg/m3，并且割煤大部分時間內(nèi)粉塵濃度穩(wěn)定在200 mg/m3左右，降塵效率可達91.8%，高濃度粉塵控制在工作面前部2 m范圍內(nèi)，作業(yè)環(huán)境得到明顯改善。現(xiàn)場采樣測試分析可知：工作面通風(fēng)除塵系統(tǒng)位于最佳匹配參數(shù)時（供風(fēng)風(fēng)筒軸向出風(fēng)口距離迎頭8～10 m，附壁風(fēng)筒距離工作面迎頭20 m），控風(fēng)控塵效果最佳。

4 總結(jié)

以某礦15028綜掘工作面為研究對象，對其采用分段風(fēng)控塵技術(shù)進行實踐的應(yīng)用研究。通過現(xiàn)場測試，工作面正常割煤時，分段控風(fēng)控塵系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化后，控降塵效率可提升約80%，總粉塵降塵效率可達91.8%，高濃度粉塵控制在工作面前部2 m范圍內(nèi)，作業(yè)環(huán)境得到明顯改善。