四明山工作面粉尘分布规律与防治技术研究

2021-07-27贺森栋

山西冶金 2021年3期

贺森栋

（晋能控股煤业集团四明山煤矿，山西高平 048400）

我国井工矿的开采数量约占煤矿总数的90%左右，在这些煤炭资源开采过程中，会释放出大量的煤矿粉尘，因此粉尘防治成为企业安全生产工作中的重点内容。目前井工矿开采强度逐步提高、采掘深度日益加深，通风难度随之加大，工作面的粉尘浓度呈上升趋势，粉尘涌出量占井下煤尘总量的60%[1－2]。在未采取有效防尘措施综采工作面，粉尘浓度甚至将超过3000 mg/m3，远高于行业职卫健康的要求[3－4]。

井下粉尘不仅严重地制约着煤矿企业的安全生产，还威胁着井下工人的身体健康。据2010年我国卫生部数据显示，新增尘肺病病例23812例，其中煤矿工人尘肺病和矽肺占比高达94.2%，长期从事于高浓度煤尘环境中，严重者甚至因此丧失劳动能力[5]。因此，研究井下工作面粉尘运移规律，对制定粉尘防控措施、降低粉尘浓度具有重大意义。

1 模拟的建立与分析

山西煤炭运销集团四明山煤业（全文简称四明山矿）位于晋城高平北诗镇，采用中央分列式通风系统，机械抽出式通风方法。目前四明山矿正在开采9102综采工作面，该工作面顺槽长度1250 m，可采储量55.8万t，经鉴定为不可注水煤层。本次模拟根据四明山矿实际条件，对综掘工作面正常通风下的粉尘分布规律进行研究，目的在于更有针对性的制定区域防尘措施，改善工作面的工作环境。

1.1 模型的建立

模型选取9102工作面运输顺槽为研究对象，该顺槽巷道断面宽：4.8 m高：2.5 m，井下巷道结构复杂，各个管路、综掘设备、电缆槽、皮带机等都会对粉尘运移带来影响，综合考虑因素较多导致建模难度大，需在建模过程中进行适当简化。根据工作面实际情况，利用建模软件ICEM对现场各部分按等比例进行适当调整，将巷道简化为拱形体，计算长度取50 m。模型计算域内网格划分为六面体网格（Hex-Core），网格节点共计78564个，如图1所示。

图1 综掘工作面网格划分示意图

9102工作面粉尘为颗粒状固体，巷道内填充为空气，为了研究粉尘的分布规律，将采用欧拉-拉格朗日法建立数学模型[6]。

边界条件的设定：网格成功生成后，将模型导入FLUENT数值模拟软件中，选用离散相瞬态模型作为计算模型，具体边界条件与粉尘参数设置如表1。

表1 模型参数设定表

1.2 模拟结果

如图2为距离底板不同距离时（0.5 m、1.5 m和3.5 m），巷道内粉尘的分布情况。当工作面进行采掘作业时，风流速度随与底板距离的增加而减弱，大颗粒状的粉尘受重力影响逐渐向下沉积，而沿程粉尘受空气阻力影响，浓度在减弱的同时悬浮于巷道空气中，细微颗粒状的粉尘在风流作用下于巷道自由扩散。

图2 距底板不同距离时粉尘分布效果图

煤（岩）壁侧的粉尘分布情况如图3和图4所示，回风侧和风筒侧粉尘质量浓度随与迎头面距离的增加而减弱，最高超过1000 mg/m3，直至45 m处趋于稳定（图4-1、图4-3），最终在100 mg/m3左右。在距离综掘机司机5 m左右的位置（图4-2），受空气扰动的影响，形成涡旋致使粉尘聚集，浓度高达720 mg/m3，将对作业人员的健康产生极大威胁。