我國煤礦掘進面降塵技術(shù)及降塵系統(tǒng)概述

李 明

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

我國煤礦掘進面降塵技術(shù)及降塵系統(tǒng)概述

李 明1,2

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

粉塵爆炸和塵肺病是礦井粉塵危害的兩個主要方面。根據(jù)統(tǒng)計，全國有將近30萬多的煤礦塵肺病患者，大約占到全國患此病人數(shù)的50%。本文在分析掘進工作面降塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，給出了掘進機噴霧降塵系統(tǒng)，為進一步的設計奠定理論基礎。

信息系統(tǒng)；人員定位；系統(tǒng)

1 掘進工作面降塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 掘進工作面通風除塵技術(shù)

掘進通風的方式有四種，為混合式、抽出式壓入式和可控循環(huán)式。掘進通風除塵技術(shù)是以壓抽混合式通風作為基礎的，然后配合使用除塵器由此發(fā)展而來。秦躍平等研究“長壓短抽”式除塵通風時掘進巷道中粉塵運移和分布規(guī)律，與壓風筒口位置、抽吸比及壓入風量等通風參數(shù)進行對比，從而分析對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掘面長壓短抽的除塵系統(tǒng)，對控塵系統(tǒng)同步移動方式進行優(yōu)化設計、對除塵器承載滑車結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計、對系統(tǒng)配套關鍵工藝技術(shù)進行改進及對集塵罩結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。杜翠鳳等數(shù)值模擬了對長壓短抽式通風掘進工作面粉塵的分布規(guī)律。王虹描述了使用煤炭科學研究總院太原研究院與德國CFT公司一起開發(fā)了一套高效除塵系統(tǒng)，它適用于中國煤礦井下掘進工作面。此系統(tǒng)在壓入式風筒的尾端安置了附壁風筒來改善機掘工作面的風流分布情況，讓壓入風流改變成軸向前進的旋轉(zhuǎn)風流，構(gòu)成一道旋轉(zhuǎn)風幕，不僅可以對工作面粉塵的外擴散進行封擋，還能夠增強集塵裝置的集塵效果，完善機掘工作面的作業(yè)環(huán)境，還可以將積聚瓦斯吹散，加強礦井生產(chǎn)中的安全性，這便是旋流通風降塵技術(shù)。

1.2 掘進工作面噴霧除塵技術(shù)

國內(nèi)相關單位試驗了高壓噴霧、噴嘴旋轉(zhuǎn)的噴霧系統(tǒng)、化學降塵劑降塵技術(shù)等。中國礦業(yè)大學和平頂山天安煤業(yè)股份有限公司合作研制了泡沫除塵技術(shù)；北京科技大學等研制了自激式臥式水浴除塵器及泡沫掘進機轉(zhuǎn)載點試驗了泡沫除塵，優(yōu)化了泡沫降塵設備及其關鍵參數(shù)；河南理工大學和兗州煤業(yè)集團研制了噴嘴旋轉(zhuǎn)的噴霧系統(tǒng)，能夠形成空氣霧罩。

1.3 掘進工作面氣幕除塵技術(shù)

前蘇聯(lián)謝別列夫等學者對礦用空氣幕進行了大量的研究，并在二十世紀 50 年代將空氣幕引入礦山巷道中。1958年首先英國在掘進巷道研究與應用控制循環(huán)通風技術(shù)上取得良好的效果；到1978年代德國和日本對掘進工作面風流分布進行實驗研究，模擬空氣幕阻塵的降塵系統(tǒng)，防止粉塵向司機處擴散。程衛(wèi)民等針對錨掘機截割速度快的特點，提出一種煤巷快速掘進的封閉式除塵系統(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)加裝導流板，研制了適用于掘進工作面的新型風幕集塵系統(tǒng)，提高了阻擋呼吸性粉塵的效率。

2 掘進機噴霧降塵系統(tǒng)

掘進機工作時，掘進機截割頭的截齒與煤體之間會產(chǎn)生較大的研磨力，研磨造成了粉塵的產(chǎn)生，從這一點上講，掘進工作面比采煤工作面產(chǎn)生的粉塵細微顆粒所占的比例會大，同時產(chǎn)塵的可能性更大。正是由于掘進機截割頭工作的掏挖方式，使得掘進頭上的內(nèi)噴霧噴嘴極其容易被堵塞。由于巷道是盲道，工作面的通風方式大都采用局扇加引風筒的壓入式通風，風筒吊裝在巷道頂部一側(cè)，風筒排出的風直接吹向工作面，在堵頭阻擋下折回再推動巷道內(nèi)的空氣向外流動。由于這種反風作用，噴霧系統(tǒng)的水霧極其容易被吹到司機處，影響司機視線，給司機的操作帶來很大影響。這給掘進工作面的噴霧降塵工作帶來難題。掘進機截割頭的掏挖工作方式也使安裝再截割頭上的噴嘴設計難度大，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。

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

噴霧系統(tǒng)是掘進機的附屬設備。結(jié)合EBJ－120TP型掘進機的整體結(jié)構(gòu)，設計了噴霧供水系統(tǒng)。在供水系統(tǒng)設計中，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。

針對掘進工作面粉塵濃度高、運移復雜、通風易產(chǎn)生二次揚塵的特點，提出新式機械除塵的流場誘導降塵研究是減少或避免重大安全生產(chǎn)事故和降低粉塵對作業(yè)人員的危害的高效率實用性研究。利用旋流正壓流場和錐形負壓流場將掘進粉塵引流到限定空間，然后結(jié)合限定空間中的氣霧流場將粉塵沉降，此研究是解決大斷面掘進工作面粉塵問題的有效途徑之一。先通過送風筒出口處旋流器形成向下流動的旋轉(zhuǎn)正壓分流流場，把掘進頭處的粉塵一次誘導至一定空間，阻止工作面粉塵向外擴散和二次揚塵；然后利用旋轉(zhuǎn)霧化器高速旋轉(zhuǎn)形成的負壓，二次誘導粉塵至限定空間；最后通過風機的水霧流場將粉塵有效沉降，并從氣流場中分離出來。

3 結(jié)論

掘進工作面掘進機割巖(煤)是礦井開采最為基本的生產(chǎn)作業(yè)工序之一，也是主要產(chǎn)塵源之一。測定，無防塵措施時司機處的粉塵可高達6000mg／m3。掘進工作面掘進迎頭的粉塵濃度約為200-400mg/m3，甚至更高。嚴重威脅到操作人員的人身安全一級正確的操作。

[1]黃成玉,張全柱,鄧永紅.煤礦綜合防塵技術(shù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2011(01):62-67.

[2]尚建國,楊鳳玲,程芳琴.煤礦井下煤塵治理技術(shù)研究進展[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2009,19(33):112-113.

[3]王維虎.煤層注水防塵技術(shù)的應用現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學技術(shù),2011,39(01):57-60.

[4]牛全振.礦用風水霧化降塵裝置設計及其流場仿真研究[D].太原:太原理工大學,2008.

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