浅析连采工作面气幕控尘技术的应用

杨飞

摘要：在神东矿区的连采机掘进巷子，因为底下煤水分过多，让连采机的喷雾设备与去尘土设备众多的防尘方法都受到了阻碍作用，降低了机载去尘器的使用效率。但是，自从使用了气幕控尘设备后，使我们的机掘工作面粉尘的管理达到了一个新的平台。

关键词：连采机；气幕控尘；机载除尘器；效果

虽然在神东矿区的某个煤矿使用先进的连采设备挖掘，但是因为每层内含水量达到了百分之九点二六，所以即使先进的连采设备具有内外喷雾、湿式除尘设备等降低尘土的设备，但是为了开发到更好的煤炭质量，降尘设备的使用受到了制约，除尘的效果也就收到了影响，在内喷雾和机械除尘一起工作的状态下仍然有每立方米含有七十毫克的粉尘进入到司机范围内。因此，神东矿区单位和重庆专门研究矿炭的学院一起研究开发在连采工作中遇到的高浓度粉尘的问题，在确保原来设备在正常工作的情况下，增加气幕除尘设备，以便能够达到更好的降尘效果。

1 气幕控尘装置原理

安装气幕控制尘土的装置和机械原本的装置相结合，在利用好连采设备的内喷雾和机械上的除尘设备，提升除尘风机的除尘功率，利用气幕控制尘土的设备把连采机械在挖掘煤矿时产生的粉尘控制在司机前方，防止粉尘四处扩散，使用机械除尘设备将控制在司机前方的粉尘抽出同时进行净化，空气经过净化比较清洁后流入巷道内。

为了分析方便，假设气幕喷射温度与周围环境温度相同，射流出流到无限大空间中。可计算雷诺数Re>2 300，即喷孔的出流为圆截面紊流射流。根据边界层理论，紊流射流由于其横向脉动造成射流与周围介质之间不断发生质量、动量交换，带动周围介质流动，产生诱导气流，使射流的流量，横断面积都沿射流方向不断增加，其主体段轴心速度、断面流量沿射程的变化符合如下关系：

Vm/Vo=0.23（as/do+0.147） （1）

Q/Qo=4.4（as/do+0.147） （2）

式中Vo-喷孔喷射速度，m/s；Vm-射程为s时质量平均速度，m/s；a-紊流系数，对圆形孔口，口取0.08；s-射流射程，m；do-喷孔直径，m；Qo-喷孔送风量，m3/s；Q-射程为s时的断面流量，m3/s。

根据实验可以得出，气幕的工作方法和固体壁的工作方法是不一样的，气幕除尘是通过不断的吸收两侧污染的空气，粉尘不能穿过气幕再排出来，只有很少一部分的微粒经过横向脉动流入防尘区域。因此，在同样的气幕喷孔大小和送风量下，气幕喷孔内气压越高，带动的气幕轴转速越快，吸收的两边空气越多，达到的隔离效果就越好。

2 气幕控尘装置的试验

2.1 气幕控尘装置的实验研究

在试验室中，我们根据不同的气幕喷孔大小、气幕发生管的直径、气幕轴速度以及喷射的角度做了很多的试验，根据试验得出，因为在连采设备的司机前方会因为气幕形成气幕墙，可以使用有间隔的成排的圆孔，这样就可以形成平面的射流。气幕除尘设备是由消音管。气幕风机、保护罩、连接管以及气幕发生管构成，见图1。

在试验室和试验巷道虚拟试验中我们得出了气幕设备控尘的主要数据，气幕设备中的发生管内径是105毫米的，沿着发生管铺排直径为五毫米的喷孔，气幕设备的发生管静态下压力为1700帕，在到气幕轴0.6米的地方轴心转速为四米每秒，产生的风会沿着小孔向外排出，产生气幕墙，阻挡粉尘向司机范围蔓延。这样就可以把粉尘隔离在司机前方，利用机械除尘设备把含有粉尘的空气进行净化。

2.2 现场实施

将气幕控尘装置安设在某煤矿51 102L连采面的12CMl5-10D型连续采煤机上运行实验。将气幕风机（防爆离心风机）水平安设在12CMl5-10D型连采机的除尘器机体平台上，用压人式风管连接气幕风机和横向布置于连采机平台上的气幕发生器。现场安装具体布置如图2所示。

使用连采设备原本带有的电路并联机械除尘设备和气幕发动机，可以一起控制机械除尘设备和气幕发动机，能够一起开关这两项系统，方便了司机的掌控操纵。

3 气幕控尘装置的效果

气幕控制尘土的设备把产生的粉尘和司机工作区域隔离，防止粉尘向司机范围内蔓延，在很大程度上帮助了机械除尘设备的收尘成果，提升了机械除尘设备的工作效率。在监察除尘设备的收尘除尘效果时，在连采设备的司机位置和司机范围内，分别开启内喷雾和机械的除尘设备，机械除尘设备、内喷雾以及气幕控制粉尘的效果见表1。

4 结束语

（1）根据理论试验得出，气幕是通过设备诱导其周围的气体产生的。气幕除尘设备的喷射管内达到一千七百帕的气压时，安全管壁上的喷孔直径是五毫米的时候，引诱的气体是喷射的两倍还要多，这样可以形成严密的封闭管道断面。

（2）根据实际测量到的气幕控制粉尘基本上不会对工作面的风向产生影响，对控制粉尘有很好的作用，而且消耗的能量比较少，这就证明气幕控制粉尘的设备是可行的。

（3）国外成功的在连采设备上装置了气幕控制粉尘设备，这为我国的机械挖掘控制粉尘提供了新的手段；这项技术能够很好的吸收连采机械产生的矿质粉尘，使国内机械挖掘控制粉尘的技术上升到一个新的台阶上，开拓了气幕控制粉尘方法在我国使用的先例。