煤矿采掘工作面高效综合防尘技术探析

雷 钧

（潞安集团常村煤矿， 山西 长治 046100）

1 常村煤矿井下环境概况

常村煤矿由于防尘技术环节薄弱造成煤矿现场的粉尘不能及时得到处理，导致当地充斥着高浓度的粉尘。主要体现在以下方面：参数选取失当造成现场的喷雾无法对粉尘产生吸附凝聚作用；截割以及支架移动过程产生的高浓度粉尘击溃了矿场的防尘技术手段，大量的职工面临严重的健康威胁；风机气流的作用使得掘进机运行产生的粉尘乱飞，仅靠现场抽风形成的负压无法吸附大量粉尘，现场的净化装置几乎失效。

在没有有效措施干预的情况下，该地区的粉尘含量已经严重超标，除了对环境造成的巨大污染，更重要的是直接威胁了该地区职工的身体健康，使得工人患尘肺病的概率大幅提升，高浓度的粉尘含量让矿区面临风险极高的粉尘爆炸威胁。

2 综合防尘技术常村煤矿采掘工作面的应用

2.1 全断面高效捕尘技术

尘雾耦合就是通过水雾将弥散在空气中的粉尘吸附聚集在一起，当聚合物的质量达到临界点，就会由于自身重力作用降落地面。当然，在实际的应用中原理会比这稍显复杂，需要用到气压于风流理论[1]。

水雾的产生依赖现场的喷雾装置，通过喷嘴喷发出来的喷雾向外扩散，满足一定条件便会形成喷雾活塞，由于前方的空气被水雾挤走，导致后部形成相对稳定的真空状态，在喷雾装置的喷口处就产生负压，那些吸附粉尘的水雾受到负压的作用进入喷管内部，由于内部不断进行撞击使得凝结现象发生，这个过程非常复杂。当粉尘再度回到空气中时已经无法克服自身的重力作用便会迅速下沉。这一过程又会在喷出口形成新的负压，导致新一轮的粉尘净化，这样的一个过程就会对粉尘进行第二净化作用，整个流程如图1所示。

图1 机理示意图

在整个降尘装置中，发射喷雾的喷嘴是最为基础的构件，它所能表现出来的雾化能力很大程度上也决定了该降尘装置的效果。为了获得最好的效果，课题组广泛研究国内外的喷嘴，结合矿区的环境特性确定了最终的喷嘴，为了验证性能，在重点实验室通过专业的仿真装置测试喷嘴的雾化效果，精准的得到了喷嘴的范围、雾滴喷出的速率、浓度等数据。由于工作面不同高度位置情况不同，需要据此选取喷嘴并通过实验验证获得最佳的喷雾形成角度以及压力参数等，保证喷雾的浓度、速度以及粒度达到最佳，形成最佳的雾场覆盖状况。

2.2 专用的负压引射除尘技术

由于现场不同的割煤工序和支架移动各自产生的煤尘数量以及特点并不相同，故而需要根据各自的特点研发专用的除尘技术，此项技术的研发涉及的内容比较多，但是最为关键的当属喷雾。按照粒度—速度—浓度尘雾祸合的作用机理，需要经历一系列的实验测试确定喷嘴参数，这样就可以模拟得到最好的降尘，形成覆盖全局的喷雾场，也能有效地节约水资源，水源的利用率达到最高[2]。如图2所示极为该技术的示意图。

图2 架间负压引射除尘技术示意图

粉尘的运动受到风速影响，两次之间的关系可以通过数值模拟的方式得到基本的移动规律，通过风幕的封闭式粉尘控制技术的模拟，利用密闭环境下的除尘理论进行推算。如果综掘工作面可以看作是密闭的空间，空间内部的粉尘可以借助抽风的方式排出去，基于这样的原理就可以将掘进机掘进产生的大量粉尘捕捉，最终沉降下去。

2.3 风幕封闭式控尘技术及装备研发

综掘工作面利用风幕封闭式控尘技术配合轻质的风筒（如图3所示）就可产生一种旋流风幕，这种风幕可以遏制尘土对外扩散。一般将轻质的风筒设置于掘进机前端10～60 m的位置，保证空气幕的形成，粉尘被控制在其中，一般情况下，风筒每间隔5～6 d 需要移动一次[3]。

工作面的除尘，通过负压、抽离混合的方式完成降尘。由风筒直吹形成的轴向风可经转为往侧壁出风，形成多处出风口，在狭长的巷道中形成旋流风幕。由于负压的作用，工作面的风被风筒逐步抽离，而旋流风幕则不停的往工作面移动，对内部的风流造成影响，在较原先更短距离内完成风流场的转变，形成的新风流可以对粉尘起到控制作用，施工人员不再被粉尘围困，安全性大大提高。

图3 附壁新型轻质风筒结构示意图

图4所为待研发的新型控尘技术示意图。在经过一系列的数据分析与模拟之后，会选择控尘效果最好的地方安装该技术装置。

图4 拟研发的风幕封闭式控尘技术示意图

这种综掘工作面风幕封闭式控尘技术的应用会体现出诸多优点，其中最为明显的优点是会大幅减少截割头工作时产生的粉尘数量，这在很大程度上降低了后续控尘时的工作量。

3 应用效果

通过在常村煤矿矿场一系列的试验与应用，该方法的降尘效果得到了肯定，根据所设的检测点反馈的数据来看，降尘效率超过了60%，而呼尘的降尘效率更是突破72%，极大改善了原本恶劣的施工环境，职工人员身体安全提到保障，于此同时，企业也可以减少由于职业病造成的赔偿支出。由于高效的降尘能力，大大降低了粉尘爆炸事件发生的概率。