大采高綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律研究

葉 飛 韓明超

（平煤股份十礦，河南 平頂山 467000）

在煤礦生產(chǎn)過程中，粉塵已經(jīng)成為影響安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，為探究綜采工作面的粉塵實(shí)際運(yùn)移規(guī)律，我們實(shí)地考察了十礦北翼東區(qū)戊組下山第五區(qū)段戊9-10-21210 采面粉塵。該采面的實(shí)際情況如下：采面地面相對位置為馬棚山西南側(cè)，地面標(biāo)高：+280～+340m；工作面標(biāo)高：-470～-506m；工作面埋深：750～846m；工作面有效長：571.5m；傾斜寬：80～80.5m，平均80.2m；切眼斜長：81.1m。工作面中有4 條斷層的落差大于0.7m，且構(gòu)造復(fù)雜。

1 綜采工作面的主要塵源及其分布

綜采工作面粉塵主要產(chǎn)生于采煤機(jī)切割煤體時(shí)對煤體擠壓、 研磨后的落煤以及支護(hù)設(shè)備移動(dòng)時(shí)支架頂梁與頂板摩擦與擠壓。隨著煤礦產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，機(jī)械化作業(yè)越來越普遍，隨之而來的是粉塵污染問題。戊9-10-21210 采面使用電牽引采煤機(jī)割煤（MGTY-300/700-1.1D 型），斜切進(jìn)刀方法雙向割煤；采煤機(jī)割煤時(shí)滾筒割煤，截齒對煤體的破碎、截割、擠壓、沖擊、滾筒中煤塊相互碰撞都會(huì)產(chǎn)生煤塵； 采面所用綜采液壓支架為ZY6400—23.5/45 型，在移架過程中可能會(huì)產(chǎn)生的粉塵，包括液壓支架降柱時(shí)、頂梁脫離頂板時(shí)、碎塊掉下時(shí)產(chǎn)生的粉塵；液壓支架前移時(shí)，碎矸從架間縫隙中掉下移動(dòng)或頂板冒落或也會(huì)揚(yáng)起粉塵。測試發(fā)現(xiàn)，采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵占整個(gè)工作面產(chǎn)塵量的70%左右，而液壓支架移架產(chǎn)生的粉塵占30%左右。

2 影響綜采工作面粉塵濃度的因素

影響綜采工作面粉塵產(chǎn)生量主要有以下一些因素：采煤方法和技術(shù)、煤巖的物理性質(zhì)、煤層賦存條件、環(huán)境的溫度和濕度、礦井的地質(zhì)構(gòu)造、采煤機(jī)械化強(qiáng)度及各個(gè)產(chǎn)塵點(diǎn)的通風(fēng)狀況等。有研究測試分析表明，煤體的水分越高、濕度較大時(shí)，產(chǎn)生的粉塵濃度較低。戊9-10-21210 采面處于-320 水平、東區(qū)戊組采區(qū)東翼最下部，回采前利用采面防突鉆孔殘孔提前煤體注水，在回采過程中架間噴霧，采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧的開啟，使工作面環(huán)境相對濕度升高，截割時(shí)產(chǎn)生的粉塵濃度相對降低。另外，當(dāng)采煤機(jī)截深增大、截割速度降低時(shí)，粉塵濃度也會(huì)降低。在采面風(fēng)速小于臨界速度的情況下，割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵濃度與風(fēng)速成反比，隨著風(fēng)速的遞減而呈遞增，一旦超過臨界風(fēng)速，粉塵濃度則會(huì)隨風(fēng)速增加而相應(yīng)升高。研究還發(fā)現(xiàn)，粉塵的產(chǎn)生量除與綜采面的地質(zhì)條件、煤巖性質(zhì)、采煤機(jī)械、煤礦產(chǎn)量等因素有關(guān)外，還與采取的綜合防塵措施以及其產(chǎn)生的效果好壞有很大關(guān)聯(lián)。

3 綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的研究

目前，研究綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的方法主要有兩種，一是現(xiàn)場測定，統(tǒng)計(jì)分析。通過現(xiàn)場布置測塵點(diǎn)或在模擬巷道進(jìn)行測試，獲得數(shù)據(jù)如測定各點(diǎn)的粉塵濃度等，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終得出粉塵運(yùn)移分布規(guī)律。本采面通過現(xiàn)場測定，摸清了綜采工作面的粉塵分布規(guī)律：綜采工作面采煤機(jī)割煤時(shí)，不同地點(diǎn)的粉塵濃度變化不同。戊9-10-21210 的采空區(qū)和采面分別使用的是全部垮落法、走向長壁后退式法來運(yùn)作的，其工作面采面使用55 組ZY6400-23.5/45 型綜采液壓支架，架間距1.5m。移架步距為0.6m，移架后頂板自行垮落填充采空區(qū)。考察發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)15m 左右移支架作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生的粉塵濃度較高，使得采煤機(jī)中部的粉塵濃度增大。俞輝等[1]主要對綜采工作面的粉塵濃度進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，測定割煤、移架、放頂?shù)炔煌瑮l件下的粉塵濃度[1]。結(jié)果表明，割煤、移架和放頂時(shí)產(chǎn)生粉塵的運(yùn)動(dòng)趨勢是一致的，其濃度都是先快速上升，達(dá)到最大值后再迅速減小，最后達(dá)到穩(wěn)定。研究還發(fā)現(xiàn)，不同工序所產(chǎn)生的粉塵的濃度值有較大的差距。二是通過分析工作流場中粉塵顆粒的受力狀態(tài)，在電腦內(nèi)采用專業(yè)軟件根據(jù)氣固兩相流原理建立關(guān)于綜采工作面粉塵分布的數(shù)學(xué)模型。目前在粉塵模擬方面應(yīng)用較多的為離散相模型，其實(shí)質(zhì)上屬于歐拉-拉格朗日模型。秦躍平等[2]結(jié)合流體力學(xué)、氣固兩相流理論和射流理論等相關(guān)理論，采用FLUENT 模擬技術(shù)，研究 “長壓短抽” 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。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在長壓短抽式通風(fēng)的條件下，粉塵會(huì)向抽出風(fēng)筒一側(cè)的巷道去運(yùn)動(dòng)，這樣就使大部分的粉塵聚集在了那里，其引射作用是與風(fēng)量呈正相關(guān)的。另外，在壓入風(fēng)筒離掘進(jìn)面近的時(shí)候，也會(huì)造成排塵效果比較低。但是，在某些情況下是可以達(dá)到降低粉塵的效果的。例如，當(dāng)抽出筒離地面近時(shí)，粉塵擴(kuò)散的范圍和其濃度都會(huì)有明顯減小； 在送風(fēng)量一定的時(shí)候，抽吸比越大，巷道中的粉塵越小，如果能夠使抽吸比控制在大于一的條件下，粉塵濃度會(huì)有明顯降低。所以，采用壓風(fēng)分流的措施對降低巷道中的粉塵濃度及擴(kuò)散范圍有極大促進(jìn)作用，是目前降低粉塵的一項(xiàng)好方法，值得推崇。

4 結(jié)論

目前，我國煤礦除塵效率較高的儀器設(shè)備使用較少，采用的防塵技術(shù)也不完善，導(dǎo)致采煤工作面粉塵的濃度及擴(kuò)散范圍普遍達(dá)不到要求，合格率不高。所以，我們應(yīng)及時(shí)提高作業(yè)水平，降低粉塵濃度是一項(xiàng)必須要完成的任務(wù)。客觀的認(rèn)識我國當(dāng)前煤炭企業(yè)的現(xiàn)狀，找出問題及其解決措施，用科學(xué)的方法探索采煤工作面粉塵的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擴(kuò)散機(jī)理和濃度分布，消除煤塵爆炸等安全隱患，保證安全生產(chǎn)和工人的健康，使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]俞輝，蔣仲安，劉毅.綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的研究[J].中國煤炭，2008，34(9):64-66.

[2]秦躍平，張苗苗，崔麗潔，等.綜掘工作面粉塵運(yùn)移的數(shù)值模擬及壓風(fēng)分流降塵方式研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(7):790-795.