淺析連采工作面氣幕控塵技術的應用

楊飛

摘要：在神東礦區的連采機掘進巷子，因為底下煤水分過多，讓連采機的噴霧設備與去塵土設備眾多的防塵方法都受到了阻礙作用，降低了機載去塵器的使用效率。但是，自從使用了氣幕控塵設備后，使我們的機掘工作面粉塵的管理達到了一個新的平臺。

關鍵詞：連采機；氣幕控塵；機載除塵器；效果

雖然在神東礦區的某個煤礦使用先進的連采設備挖掘，但是因為每層內含水量達到了百分之九點二六，所以即使先進的連采設備具有內外噴霧、濕式除塵設備等降低塵土的設備，但是為了開發到更好的煤炭質量，降塵設備的使用受到了制約，除塵的效果也就收到了影響，在內噴霧和機械除塵一起工作的狀態下仍然有每立方米含有七十毫克的粉塵進入到司機范圍內。因此，神東礦區單位和重慶專門研究礦炭的學院一起研究開發在連采工作中遇到的高濃度粉塵的問題，在確保原來設備在正常工作的情況下，增加氣幕除塵設備，以便能夠達到更好的降塵效果。

1 氣幕控塵裝置原理

安裝氣幕控制塵土的裝置和機械原本的裝置相結合，在利用好連采設備的內噴霧和機械上的除塵設備，提升除塵風機的除塵功率，利用氣幕控制塵土的設備把連采機械在挖掘煤礦時產生的粉塵控制在司機前方，防止粉塵四處擴散，使用機械除塵設備將控制在司機前方的粉塵抽出同時進行凈化，空氣經過凈化比較清潔后流入巷道內。

為了分析方便，假設氣幕噴射溫度與周圍環境溫度相同，射流出流到無限大空間中。可計算雷諾數Re>2 300，即噴孔的出流為圓截面紊流射流。根據邊界層理論，紊流射流由于其橫向脈動造成射流與周圍介質之間不斷發生質量、動量交換，帶動周圍介質流動，產生誘導氣流，使射流的流量，橫斷面積都沿射流方向不斷增加，其主體段軸心速度、斷面流量沿射程的變化符合如下關系：

Vm/Vo=0.23（as/do+0.147） （1）

Q/Qo=4.4（as/do+0.147） （2）

式中Vo-噴孔噴射速度，m/s；Vm-射程為s時質量平均速度，m/s；a-紊流系數，對圓形孔口，口取0.08；s-射流射程，m；do-噴孔直徑，m；Qo-噴孔送風量，m3/s；Q-射程為s時的斷面流量，m3/s。

根據實驗可以得出，氣幕的工作方法和固體壁的工作方法是不一樣的，氣幕除塵是通過不斷的吸收兩側污染的空氣，粉塵不能穿過氣幕再排出來，只有很少一部分的微粒經過橫向脈動流入防塵區域。因此，在同樣的氣幕噴孔大小和送風量下，氣幕噴孔內氣壓越高，帶動的氣幕軸轉速越快，吸收的兩邊空氣越多，達到的隔離效果就越好。

2 氣幕控塵裝置的試驗

2.1 氣幕控塵裝置的實驗研究

在試驗室中，我們根據不同的氣幕噴孔大小、氣幕發生管的直徑、氣幕軸速度以及噴射的角度做了很多的試驗，根據試驗得出，因為在連采設備的司機前方會因為氣幕形成氣幕墻，可以使用有間隔的成排的圓孔，這樣就可以形成平面的射流。氣幕除塵設備是由消音管。氣幕風機、保護罩、連接管以及氣幕發生管構成，見圖1。

在試驗室和試驗巷道虛擬試驗中我們得出了氣幕設備控塵的主要數據，氣幕設備中的發生管內徑是105毫米的，沿著發生管鋪排直徑為五毫米的噴孔，氣幕設備的發生管靜態下壓力為1700帕，在到氣幕軸0.6米的地方軸心轉速為四米每秒，產生的風會沿著小孔向外排出，產生氣幕墻，阻擋粉塵向司機范圍蔓延。這樣就可以把粉塵隔離在司機前方，利用機械除塵設備把含有粉塵的空氣進行凈化。

2.2 現場實施

將氣幕控塵裝置安設在某煤礦51 102L連采面的12CMl5-10D型連續采煤機上運行實驗。將氣幕風機（防爆離心風機）水平安設在12CMl5-10D型連采機的除塵器機體平臺上，用壓人式風管連接氣幕風機和橫向布置于連采機平臺上的氣幕發生器。現場安裝具體布置如圖2所示。

使用連采設備原本帶有的電路并聯機械除塵設備和氣幕發動機，可以一起控制機械除塵設備和氣幕發動機，能夠一起開關這兩項系統，方便了司機的掌控操縱。

3 氣幕控塵裝置的效果

氣幕控制塵土的設備把產生的粉塵和司機工作區域隔離，防止粉塵向司機范圍內蔓延，在很大程度上幫助了機械除塵設備的收塵成果，提升了機械除塵設備的工作效率。在監察除塵設備的收塵除塵效果時，在連采設備的司機位置和司機范圍內，分別開啟內噴霧和機械的除塵設備，機械除塵設備、內噴霧以及氣幕控制粉塵的效果見表1。

4 結束語

（1）根據理論試驗得出，氣幕是通過設備誘導其周圍的氣體產生的。氣幕除塵設備的噴射管內達到一千七百帕的氣壓時，安全管壁上的噴孔直徑是五毫米的時候，引誘的氣體是噴射的兩倍還要多，這樣可以形成嚴密的封閉管道斷面。

（2）根據實際測量到的氣幕控制粉塵基本上不會對工作面的風向產生影響，對控制粉塵有很好的作用，而且消耗的能量比較少，這就證明氣幕控制粉塵的設備是可行的。

（3）國外成功的在連采設備上裝置了氣幕控制粉塵設備，這為我國的機械挖掘控制粉塵提供了新的手段；這項技術能夠很好的吸收連采機械產生的礦質粉塵，使國內機械挖掘控制粉塵的技術上升到一個新的臺階上，開拓了氣幕控制粉塵方法在我國使用的先例。