我國(guó)煤礦掘進(jìn)面降塵技術(shù)及降塵系統(tǒng)概述

李 明

（1.太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,太原 030024;2.同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 大同 037016）

我國(guó)煤礦掘進(jìn)面降塵技術(shù)及降塵系統(tǒng)概述

李 明1,2

（1.太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,太原 030024;2.同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 大同 037016）

粉塵爆炸和塵肺病是礦井粉塵危害的兩個(gè)主要方面。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有將近30萬(wàn)多的煤礦塵肺病患者，大約占到全國(guó)患此病人數(shù)的50%。本文在分析掘進(jìn)工作面降塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，給出了掘進(jìn)機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)，為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

信息系統(tǒng)；人員定位；系統(tǒng)

1 掘進(jìn)工作面降塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 掘進(jìn)工作面通風(fēng)除塵技術(shù)

掘進(jìn)通風(fēng)的方式有四種，為混合式、抽出式壓入式和可控循環(huán)式。掘進(jìn)通風(fēng)除塵技術(shù)是以壓抽混合式通風(fēng)作為基礎(chǔ)的，然后配合使用除塵器由此發(fā)展而來(lái)。秦躍平等研究“長(zhǎng)壓短抽”式除塵通風(fēng)時(shí)掘進(jìn)巷道中粉塵運(yùn)移和分布規(guī)律，與壓風(fēng)筒口位置、抽吸比及壓入風(fēng)量等通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而分析對(duì)粉塵分布范圍及其濃度的影響。黃金星等優(yōu)化了以渦流控塵為主的機(jī)掘面長(zhǎng)壓短抽的除塵系統(tǒng)，對(duì)控塵系統(tǒng)同步移動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)除塵器承載滑車結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)系統(tǒng)配套關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)及對(duì)集塵罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。杜翠鳳等數(shù)值模擬了對(duì)長(zhǎng)壓短抽式通風(fēng)掘進(jìn)工作面粉塵的分布規(guī)律。王虹描述了使用煤炭科學(xué)研究總院太原研究院與德國(guó)CFT公司一起開(kāi)發(fā)了一套高效除塵系統(tǒng)，它適用于中國(guó)煤礦井下掘進(jìn)工作面。此系統(tǒng)在壓入式風(fēng)筒的尾端安置了附壁風(fēng)筒來(lái)改善機(jī)掘工作面的風(fēng)流分布情況，讓壓入風(fēng)流改變成軸向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)流，構(gòu)成一道旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕，不僅可以對(duì)工作面粉塵的外擴(kuò)散進(jìn)行封擋，還能夠增強(qiáng)集塵裝置的集塵效果，完善機(jī)掘工作面的作業(yè)環(huán)境，還可以將積聚瓦斯吹散，加強(qiáng)礦井生產(chǎn)中的安全性，這便是旋流通風(fēng)降塵技術(shù)。

1.2 掘進(jìn)工作面噴霧除塵技術(shù)

國(guó)內(nèi)相關(guān)單位試驗(yàn)了高壓噴霧、噴嘴旋轉(zhuǎn)的噴霧系統(tǒng)、化學(xué)降塵劑降塵技術(shù)等。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和平頂山天安煤業(yè)股份有限公司合作研制了泡沫除塵技術(shù)；北京科技大學(xué)等研制了自激式臥式水浴除塵器及泡沫掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)試驗(yàn)了泡沫除塵，優(yōu)化了泡沫降塵設(shè)備及其關(guān)鍵參數(shù)；河南理工大學(xué)和兗州煤業(yè)集團(tuán)研制了噴嘴旋轉(zhuǎn)的噴霧系統(tǒng)，能夠形成空氣霧罩。

1.3 掘進(jìn)工作面氣幕除塵技術(shù)

前蘇聯(lián)謝別列夫等學(xué)者對(duì)礦用空氣幕進(jìn)行了大量的研究，并在二十世紀(jì) 50 年代將空氣幕引入礦山巷道中。1958年首先英國(guó)在掘進(jìn)巷道研究與應(yīng)用控制循環(huán)通風(fēng)技術(shù)上取得良好的效果；到1978年代德國(guó)和日本對(duì)掘進(jìn)工作面風(fēng)流分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，模擬空氣幕阻塵的降塵系統(tǒng)，防止粉塵向司機(jī)處擴(kuò)散。程衛(wèi)民等針對(duì)錨掘機(jī)截割速度快的特點(diǎn)，提出一種煤巷快速掘進(jìn)的封閉式除塵系統(tǒng)。馬恒等提出了首先集塵然后再除塵的思想，在射流箱內(nèi)加裝導(dǎo)流板，研制了適用于掘進(jìn)工作面的新型風(fēng)幕集塵系統(tǒng)，提高了阻擋呼吸性粉塵的效率。

2 掘進(jìn)機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)

掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割頭的截齒與煤體之間會(huì)產(chǎn)生較大的研磨力，研磨造成了粉塵的產(chǎn)生，從這一點(diǎn)上講，掘進(jìn)工作面比采煤工作面產(chǎn)生的粉塵細(xì)微顆粒所占的比例會(huì)大，同時(shí)產(chǎn)塵的可能性更大。正是由于掘進(jìn)機(jī)截割頭工作的掏挖方式，使得掘進(jìn)頭上的內(nèi)噴霧噴嘴極其容易被堵塞。由于巷道是盲道，工作面的通風(fēng)方式大都采用局扇加引風(fēng)筒的壓入式通風(fēng)，風(fēng)筒吊裝在巷道頂部一側(cè)，風(fēng)筒排出的風(fēng)直接吹向工作面，在堵頭阻擋下折回再推動(dòng)巷道內(nèi)的空氣向外流動(dòng)。由于這種反風(fēng)作用，噴霧系統(tǒng)的水霧極其容易被吹到司機(jī)處，影響司機(jī)視線，給司機(jī)的操作帶來(lái)很大影響。這給掘進(jìn)工作面的噴霧降塵工作帶來(lái)難題。掘進(jìn)機(jī)截割頭的掏挖工作方式也使安裝再截割頭上的噴嘴設(shè)計(jì)難度大，要求噴嘴既要有好的霧化效果，還要能防止堵塞，并便于清理。

掘進(jìn)機(jī)采用煤科總院太原分院研制的EBJ—120TP型縱軸式設(shè)備。其可分為：內(nèi)噴霧、外噴霧以及輔助噴霧系統(tǒng)，每個(gè)噴霧系統(tǒng)上都安裝有噴嘴。為提高噴霧系統(tǒng)工作可靠性，設(shè)置過(guò)濾裝置過(guò)濾噴霧用水，另外設(shè)計(jì)選擇不易堵塞的除塵器。

噴霧系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)的附屬設(shè)備。結(jié)合EBJ－120TP型掘進(jìn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了噴霧供水系統(tǒng)。在供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，噴霧泵站只為內(nèi)噴霧供水，這樣噴霧泵站的選型只需滿足內(nèi)噴霧的壓力和流量，既節(jié)省了成本，又保證了內(nèi)噴霧所需的壓力和流量，提高了內(nèi)噴霧系統(tǒng)的使用可靠性。

針對(duì)掘進(jìn)工作面粉塵濃度高、運(yùn)移復(fù)雜、通風(fēng)易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵的特點(diǎn)，提出新式機(jī)械除塵的流場(chǎng)誘導(dǎo)降塵研究是減少或避免重大安全生產(chǎn)事故和降低粉塵對(duì)作業(yè)人員的危害的高效率實(shí)用性研究。利用旋流正壓流場(chǎng)和錐形負(fù)壓流場(chǎng)將掘進(jìn)粉塵引流到限定空間，然后結(jié)合限定空間中的氣霧流場(chǎng)將粉塵沉降，此研究是解決大斷面掘進(jìn)工作面粉塵問(wèn)題的有效途徑之一。先通過(guò)送風(fēng)筒出口處旋流器形成向下流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)正壓分流流場(chǎng)，把掘進(jìn)頭處的粉塵一次誘導(dǎo)至一定空間，阻止工作面粉塵向外擴(kuò)散和二次揚(yáng)塵；然后利用旋轉(zhuǎn)霧化器高速旋轉(zhuǎn)形成的負(fù)壓，二次誘導(dǎo)粉塵至限定空間；最后通過(guò)風(fēng)機(jī)的水霧流場(chǎng)將粉塵有效沉降，并從氣流場(chǎng)中分離出來(lái)。

3 結(jié)論

掘進(jìn)工作面掘進(jìn)機(jī)割巖(煤)是礦井開(kāi)采最為基本的生產(chǎn)作業(yè)工序之一，也是主要產(chǎn)塵源之一。測(cè)定，無(wú)防塵措施時(shí)司機(jī)處的粉塵可高達(dá)6000mg／m3。掘進(jìn)工作面掘進(jìn)迎頭的粉塵濃度約為200-400mg/m3，甚至更高。嚴(yán)重威脅到操作人員的人身安全一級(jí)正確的操作。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.055