综合机械化掘进工作面综合除尘系统设计

摘 要：本文研究的除尘系统是根据空气幕控尘原理，采用长压短抽的通风方式，结合湿式除尘机除尘。降尘效果分析可将综掘工作面的粉尘浓度（特别是可呼入性粉尘）降低到《煤矿安全规程》标准以下。本文研究的综合通风除尘系统特点是在满足综掘工作面的瓦斯稀释条件下，对粉尘进行高效控尘及除尘。

关键词：综掘工作面；空气幕；风流场；湿式除尘

1.综合機械化掘进工作面综合除尘系统设计

为从根本上消除掘进工作面的粉尘污染，本项综掘除尘装置系统设计的掘进巷道通风采用长压短抽通风除尘系统较为适宜。长压短抽通风除尘系统技术方案论证的重点是：在保证工作面降尘效果及《煤矿安全规程》有关要求的基础上，既不影响工作面正常掘进又便于除尘系统的安装、布置、使用和维护。长压短抽通风方法，新鲜风流由压入式局部通风机经风筒送进工作面，并清洗工作面，将含瓦斯和粉尘的污风经风筒吸入口进入除尘机净化处理，净化后的空气排至巷道中。这种通风方式能使工作面获得足够风量稀释瓦斯，有利于控制瓦斯。但是其除尘效果略逊于单一抽出式和长抽短压式的除尘效果，只能解决抽出式风机至工作面这一段煤尘，抽出式风机以后的巷道全部是回风。若抽出式除尘风机除尘效果差，则抽出式风机以后的巷道粉尘污染就比较严重，而且如果压入风量不能满足供风要求时，该种通风方式风筒重叠段的巷道内容易产生微风和循环风，造成粉尘和瓦斯积聚现象。长压短抽通风除尘系统如图2-1

在采用长压短抽通风方式时，满足综掘工作面风量要求的基础上，本项系统设计的掘工作面综合通风除尘流场将会解决长压短抽通风方法中出现的抽出式风机以后的巷道全部是回风及抽出式风机以后的巷道粉尘污染比较严重现象，减少风筒重叠段的巷道内容易产生的微风和循环风。

在煤及半煤岩综掘工作面中，为实现控制瓦斯不超限，粉尘浓度降低到最小值的目的，设计根据瓦斯的涌出量进行合理调风，根据工作面产尘的粉尘浓度进行风流场参数调控。风流场参数调控装置简单介绍，该装置与压入式风筒末端连接，置于工作面5～10m处。装置由3个部分组成：风流分流装置、风流风量参数调控装置、喷雾装置。

2.如何实现调风

根据综掘工作面的瓦斯涌出量决定正向风量参数，通过风流风量参数调控装置分配侧向风量和正向风量大小，为实现稀释综掘工作面的瓦斯量，将瓦斯浓度降低到1%以下，实测工作面需要风量，通过风流风量参数调控装置将正向风量达到工作面所需风量值。从而实现稀释工作面瓦斯保证工作面安全通风。

3.如何实现控尘

在满足工作面稀释瓦斯安全通风的基础上，根据综掘工作面综掘机割煤产尘的粉尘浓度决定侧向风量参数。压入式风机将新鲜风流压入风流场参数调控装置，通过风流分流装置将风流分为侧向风和正向风，再通过风流风量参数调控装置调控侧向风流风量大小，将侧向风流在巷道断面形成一道风幕，从而实现掘进迎头产生的粉尘的控制在一个密闭空间中。

4.如何实现降尘及除尘

在满足了上述综掘工作面的瓦斯稀释及对粉尘的控制，在风流场参数调控装置内安装了喷雾装置，在高速的正向风流中加有喷雾效果，从而实现了对工作面粉尘的降尘效果。在风流场对煤尘的控尘作用下，将抽出式风筒的吸风口位置布置在综掘机炮头及铲煤板之间，这样抽出式风机有效地将粉尘吸入至除尘设备中，从而达到除尘的目的。

5.局部通风系统的设计原则

1） 矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；

2） 局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；

3） 尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；

4） 压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型；

5） 当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。

风流场参数调控装置通风除尘流场参数：由压入式风机供风风量（Q压表示），由风流分流装置分流的正向风量（用Q正表示），侧向风量（用Q侧表示），由抽出式风机抽出的负压风量（用Q负表示），另外，侧向风流的扩散作用将侧向风流分为侧向前向风量（用Q侧前表示）和侧向后向风量（用Q侧后表示）。

风流参数关系：Q侧=Q侧前+Q侧后（侧向风流忽略能量损失）

Q压=Q正+Q侧 （压入风量忽略能量损失）

Q压>Q负 ， Q正< Q负

风流场参数确定后，即可满足综掘工作面瓦斯稀释，又可以高效控尘，风量参数的调控是本设计的难点。

6.结论

通过理论分析表明，风流场参数调控装置除尘系统是一种高效除尘技术，因此设计的风流场参数调控装置除尘系统能净化处理微细粉尘（呼吸性粉尘），且适合于有瓦斯的综掘工作面中，得出如下结论：

（1）通过选择长压短抽式通风方式，有效解决综掘机掘进通风问题，其关键是选择高效、可靠的除尘风机和确定压入式通风机的有效通风距离。

（2）在采用风流场参数调控装置除尘系统与传统压风筒通风量相同的情况下，对迎头不会形成直吹状态，风流场不断冲刷巷道周壁瓦斯，有效地防止了瓦斯聚集。风流场参数调控装置产生的气流中，有20%的新鲜风流流入重合段部分，有效地防止了瓦斯在该重合段的积聚，提高了系统的安全。

（3）基于目前的综掘工作面采用通过控尘及除尘机除尘的问题主要是：控尘难、除尘效果不佳。该设计研究的综掘工作面安全通风及高效捕尘系统，综合了以上除尘系统的优点，在安全通风的基础上，高效除尘。适合于有瓦斯的综掘工作面中，系统体积小，便于移动，提高了综掘工作面的掘进速度。

作者简介：

祝大奎，1967年7月出生，本科学历，助理工程师职称，现任职于龙煤鹤岗矿业公司南山煤矿安全监察处主任工程师职务。