綜掘面分風(fēng)裝置應(yīng)用及粉塵濃度分布規(guī)律研究

梁春豪

(山西焦煤(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 太原 030053)

煤礦在生產(chǎn)過程中，綜掘面產(chǎn)生的粉塵占有很大的比例，達(dá)到20% ～38%，近年來，隨著綜掘機(jī)械化程度和生產(chǎn)強(qiáng)度的提高，煤礦采掘工作面的粉塵產(chǎn)生量急劇上升，嚴(yán)重危害礦工的身體健康和煤礦安全。為此，西山煤電股份公司馬蘭礦與中國礦業(yè)大學(xué)(北京)合作，在綜掘18308工作面等地點(diǎn)安裝分風(fēng)降塵裝置，通過對現(xiàn)場粉塵濃度的測試結(jié)果顯示，在安裝分風(fēng)裝置后粉塵濃度明顯下降，降塵效果良好。

1 分風(fēng)降塵裝置

綜掘面分風(fēng)降塵裝置是通過調(diào)節(jié)分風(fēng)裝置開口角度從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)頭的風(fēng)量分配，利用可調(diào)節(jié)的分風(fēng)裝置對風(fēng)機(jī)供風(fēng)量進(jìn)行分流，通過分流出來的風(fēng)流阻止掘進(jìn)頭粉塵的擴(kuò)展，從而將整個掘進(jìn)空間的粉塵壓縮到端頭很小的范圍，該范圍小于等于除塵風(fēng)機(jī)吸入流場范圍，進(jìn)而形成一種全新的工作面通風(fēng)除塵系統(tǒng)。

分風(fēng)裝置巷道局部通風(fēng)應(yīng)用示意圖見圖1。

圖1 分風(fēng)裝置巷道局部通風(fēng)應(yīng)用示意圖

由圖1可見，系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)1、除塵風(fēng)機(jī)2、分風(fēng)裝置3和風(fēng)筒4構(gòu)成。該系統(tǒng)分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)，工作狀態(tài)時，除塵風(fēng)機(jī)2和分風(fēng)裝置3工作。除塵風(fēng)機(jī)開啟同時啟動分風(fēng)裝置上的氣動閥，分風(fēng)裝置改變金屬圓筒活動端開口大小，進(jìn)行分風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié);非工作狀態(tài)時，除塵風(fēng)機(jī)2和分風(fēng)裝置3停止工作。除塵風(fēng)機(jī)關(guān)閉使得分風(fēng)裝置上的氣動閥關(guān)閉，風(fēng)流直接通過風(fēng)筒到達(dá)掘進(jìn)頭。

2 現(xiàn)場第一次測試

第一種情況:風(fēng)筒直徑為800 mm，壓入風(fēng)量440 m3/min，分風(fēng)風(fēng)量100 m3/min，抽風(fēng)口距迎頭26.36 m，掘進(jìn)機(jī)高1.759 m，寬 2.3 m，長 4.469 m，風(fēng)筒下沿距底板2.04 m，距頂板1.186 m，分風(fēng)口寬度36 cm，分風(fēng)口到迎頭距離17.2 m，風(fēng)筒出口到掘進(jìn)頭6.2 m。在此情況下，通過現(xiàn)場實(shí)測，得到綜掘面粉塵濃度分布表見表1。

表1 粉塵濃度測定結(jié)果表 mg/m3

2.1 粉塵的沿程變化

綜掘面距壓風(fēng)測不同位置粉塵濃度沿程分布圖見圖2。

圖2 綜掘面距壓風(fēng)測不同位置粉塵濃度沿程分布圖

由粉塵實(shí)測數(shù)據(jù)及圖2可知:在沿程方向上，由掘進(jìn)面向外，粉塵總體的趨勢仍是降低的，但在進(jìn)回風(fēng)側(cè)有所不同，在進(jìn)風(fēng)側(cè)粉塵的濃度先升高，達(dá)到最高值，后逐步降低，最終趨勢比較平緩，最大值可以達(dá)到350 mg/m3;而在回風(fēng)側(cè)，粉塵濃度分布趨勢開始是逐漸降低的，但又逐漸上升，之后呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，這種趨勢的主要原因是因?yàn)轶w積較大的掘進(jìn)機(jī)作用，使得粉塵在巷道兩側(cè)的分布又有所升高。

2.2 同一斷面粉塵的分布規(guī)律

綜掘面距工作面不同距離粉塵濃度分布圖見圖3。

圖3 綜掘面距工作面不同距離粉塵濃度分布圖

由實(shí)測數(shù)據(jù)和圖3可知:由壓入側(cè)煤壁向回風(fēng)側(cè)煤壁沿程上，粉塵濃度總體是增大的，具體過程是:粉塵濃度逐漸升高，到距壓風(fēng)側(cè)1.5 m處達(dá)到一個粉塵較高值，然后濃度有所下降，接著又升高，在距壓入側(cè)達(dá)到又一個較高值;在和之前壓入式通風(fēng)現(xiàn)場條件基本一致的情況下，加裝分風(fēng)器和除塵風(fēng)機(jī)后，粉塵的濃度并沒有明顯的降低，主要原因是分風(fēng)量偏小，對巷道的粉塵影響作用也較小。此外，由于除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口布置在距迎頭26.36 m處，離掘進(jìn)面過遠(yuǎn)，對于綜掘面開始段粉塵影響甚微，同時也超出了測塵的范圍，所以，綜掘面的粉塵濃度沒有因?yàn)橛蟹诛L(fēng)器和除塵風(fēng)機(jī)的存在而有明顯的降低。

3 現(xiàn)場第二次測試

壓入風(fēng)量440 m3/min，分風(fēng)風(fēng)量100 m3/min，抽風(fēng)口距迎頭10.488 m，出風(fēng)口距掘進(jìn)頭距離9.025 m，風(fēng)筒下沿距頂板1.22 m，除塵風(fēng)機(jī)距掘進(jìn)頭10.488 m，分風(fēng)口距除塵風(fēng)機(jī)抽風(fēng)口 9.121 m，出風(fēng)口風(fēng)速下 11.9 m/s，左 10.2 m/s，右 11.7 m/s，上12.8 m/s，中13.2 m/s，分風(fēng)口0°0.5 m/s，45°0.9 m/s，90°4 m/s，分風(fēng)口前方 20 cm 左右 0°1 m/s，45°0.9 m/s，90°0.8 m/s。通過現(xiàn)場實(shí)測，結(jié)果見表 2 和表3。

表2 粉塵濃度測定結(jié)果 mg/m3

表3 風(fēng)速大小測定結(jié)果 m/s

綜掘面距壓風(fēng)壁不同位置粉塵濃度沿程分布圖見圖4。

圖4 綜掘面距壓風(fēng)壁不同位置粉塵濃度沿程分布圖

由圖4可以看出:

1)相比現(xiàn)場第一次壓抽分風(fēng)通風(fēng)，在其它基本條件不變的情況下，抽風(fēng)口向工作面移動后，現(xiàn)場實(shí)測的粉塵濃度總體相比下降了許多，主要是因?yàn)槌轱L(fēng)口前移，同時在分風(fēng)裝置的有效作用下，綜掘面產(chǎn)生的粉塵在沒有大量擴(kuò)散之前就被抽風(fēng)筒吸入，使得綜掘面空間粉塵濃度總體相比有所下降。

2)在壓入側(cè)粉塵濃度變化趨勢是逐漸上升到最大值150 mg/m3左右，之后逐漸下降，在回風(fēng)側(cè)粉塵濃度也同樣大致呈現(xiàn)這樣的趨勢，20 m后粉塵濃度降低趨勢平穩(wěn)。

3)回風(fēng)側(cè)粉塵濃度仍然要高于壓風(fēng)側(cè)的粉塵濃度。

4 結(jié)論

1)設(shè)計了兩種綜掘面粉塵測試方案，一種是全斷面測試，另一種是呼吸帶測試，實(shí)現(xiàn)了整體和局部研究相結(jié)合，加深了對粉塵分布規(guī)律的認(rèn)識。

2)隨著距掘進(jìn)面沿程距離的增大，粉塵濃度不斷減小，在同一斷面，壓風(fēng)側(cè)粉塵濃度要低于回風(fēng)側(cè)粉塵的濃度。

3)綜掘面呼吸帶粉塵濃度分布規(guī)律是:在同一斷面，壓風(fēng)側(cè)粉塵濃度要低于回風(fēng)側(cè)粉塵濃度，主要是因?yàn)轱L(fēng)流的作用，使得粉塵大部分被帶到回風(fēng)側(cè)，使回風(fēng)側(cè)粉塵濃度相對較高，而后，由回風(fēng)側(cè)慢慢向進(jìn)風(fēng)側(cè)擴(kuò)散;隨著距掘進(jìn)面沿程距離的增大，粉塵濃度很快達(dá)到最高值，而后粉塵濃度逐漸降低，這是由于掘進(jìn)面附近風(fēng)速相對較大，隨著風(fēng)流粉塵不斷的飛揚(yáng)，導(dǎo)致粉塵擴(kuò)散，綜掘面粉塵濃度上升，而隨著風(fēng)流的減弱和較大粉塵顆粒的重力作用，粉塵逐漸的沉降，粉塵濃度隨之降低。

4)在壓風(fēng)口距掘進(jìn)面距離、各風(fēng)量不變的情況下，分風(fēng)裝置距掘進(jìn)面的距離和抽風(fēng)口距掘進(jìn)面的距離對降塵效果有主要影響，相比之下，抽風(fēng)口離綜掘面越近，除塵效果越好，而分風(fēng)距要離綜掘面距離不能超過除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口，這樣效果比較明顯。