探析综掘工作面分段风控尘技术

2018-10-09窦少鹏

机电工程技术 2018年9期

窦少鹏

（阳泉煤业和顺新大地煤业有限公司，山西阳泉 032700）

0 引言

目前，综掘工作面的粉尘防治措施主要有掘进机内外喷雾、气幕控尘、湿式除尘、转载点喷雾和巷道风流净化水幕等[1]。在实践应用过程中存在着不利的因素，主要表现为：第一综掘工作面采用主动压风、被动出风的通风模式，在综掘工作面采用喷雾降尘，会使得工作面气流变为气雾状，不利于工作人员的作用，同时也会带来相应的安全隐患。第二，以上各降尘措施都没有对综掘工作面的风流进行相应的控制，降尘效果不是很好[2]。主要是采用直接除尘的方式，因此除尘效率比较低。以某矿15028综掘工作面为研究对象，对其采用分段风控尘技术进行实践的应用研究。

1 工作面概况

该矿15028回风巷沿2#煤层底板掘进，煤层沿巷道倾角2°～4°，2#煤属于干燥易碎（原始水分含量0.85%、坚固性系数f=0.46）、难湿润煤层，工作面采用EBZ-220悬臂式掘进机截割落煤，选择ø1000双反边软质风筒供风，同时配备了KCS-500型湿式除尘器，处理风量450～550 m3/min，实测吸风量为480 m3/min，箱体固定在综掘机二运拖拉尾，随综掘机向前移动。

15028工作面所开掘的巷道具有断面大（S=5.2 m×3.6 m=18.72 m2）、供风量大（500～550 m3/min）、出口风速高（8～10 m/s、风流压头大、对迎头流场扰动大）、割煤强度大（日进尺15～20 m）、煤体破碎严重、产尘量大等特点，导致粉尘产尘强度高、治理难度大、防尘系统工艺要求高，因此急需针对综掘面粉尘治理难题进行系统研究，尤其是针对高产尘综掘工作面通风控尘技术进行研究。

2 分段控风控尘系统参数确定

为了控制15028回风巷掘进工作面粉尘向回风侧扩散，综掘工作面配备了分段控风控尘系统，系统主要由附壁风筒、调风阀门、整流风筒等组成[3]。工作面正常工作时，新鲜风流向前方煤壁移动，割煤产尘与新鲜风流混合后在煤壁阻挡作用下向后移动，工作面前部区域存在新鲜风流与含尘气流相互作用面，该作用面就是控制粉尘向外扩散的临界面，通过调节轴向出风口和径向出风口与工作面煤壁之间的距离，控制控尘面的位置，保证司机位置处于新鲜分流中，使得控尘区域保持在司机前方，同时控尘面位于吸尘罩罩口后方，提高效果。

2.1 轴向出风与迎头距离确定

根据工作面配风量与除尘器抽风量关系，即在工作面前部控尘区域内，单位时间内除尘器未抽出的风量将和割煤产生的粉尘无序扩散，形成高浓度粉尘存储区域[4]。工作面正常生产时，割煤属于间歇性的，从左帮割到右帮时，掘进机会短暂停顿，待除尘器将控尘区域大部粉尘抽走后，再继续割煤。因此，在割煤期间，通过建立数学模型，计算轴向出风口距离工作面煤壁最佳距离为轴向出风口距离迎头8～10 m时为最佳。

2.2 径向出风与迎头距离确定

为研究出风口有效射程，国内外学者研究射流场流动规律，给出自由射流和受限射流的计算公式，射流出风口到射流风速降为零处，此过程之间的距离为射程，射流射程计算公式为：

根据现场条件，Fn为巷道断面面积，Fn=18.72 m2，θ取11°，经过计算得到径向出风口有效射程为s=18.36 m，考虑到控尘面的位置，新鲜风流应位于司机前部、吸尘罩口后部，取径向出风口距离迎头20 m比较合理[5]。

3 控风控尘效果分析

根据理论分析结果，在现场开展试验测试分析，以验证轴径向出风口参数的有效性。经过现场测定，在不使用任何降尘措施时，综掘面司机位置原始粉尘浓度为2 744 mg/m3，在通风除尘系统未经改进优化前，15028回风巷掘进面司机位置总粉尘浓度平均为1 224.8 mg/m3，综掘机机尾一运转载点总粉尘浓度平均为489.7 mg/m3，机尾二运转载点总粉尘浓度平均为253.2 mg/m3。为了得到附壁风筒最佳安装位置，以轴向出风口距离迎头15 m、20 m和25 m三种条件下控尘效果进行现场试验，并且通过连续测试掘进面司机位置粉尘浓度，以此确定附壁风筒距离迎头最佳配套参数。通过现场试验可知：当附壁风筒位于二运转载点后部时，二运转载点距离附壁风筒较近，此处风速较大，转载点两侧有大量粉尘被风流带入到工作面，因此附壁风筒最佳位置应为距离迎头20 m处，且靠近二运转载点，在二运转载点前5 m位置为最佳[5-7]。

通风除尘系统改进优化后，与未优化前相比，司机位置粉尘浓度从1 224.8 mg/m3下降到225.3mg/m3，粉尘浓度下降81.6%，总降尘效率为91.8%；一运转载点粉尘浓度从489.7 mg/m3下降到146.8 mg/m3，粉尘浓度下降了70.1%，总降尘效率为84.0%；二运转载点粉尘浓度从253.2 mg/m3下降到99.0 mg/m3，粉尘浓度下降60.9%，总降尘效率为86.5%。15028回风巷综掘工作面通风除尘效果有明显改观，工作面粉尘浓度有大幅下降。

总之，通过采取对原通风除尘系统分段出风参数优化后，通风除尘系统的控降尘效果提升80%左右，能够有效降低掘进面粉尘浓度。该系统在最佳匹配参数下司机位置的平均粉尘浓度可降到225.3 mg/m3，并且割煤大部分时间内粉尘浓度稳定在200 mg/m3左右，降尘效率可达91.8%，高浓度粉尘控制在工作面前部2 m范围内，作业环境得到明显改善。现场采样测试分析可知：工作面通风除尘系统位于最佳匹配参数时（供风风筒轴向出风口距离迎头8～10 m，附壁风筒距离工作面迎头20 m），控风控尘效果最佳。