掘进机掘进作业中除尘器性能研究

王小佩

（西山煤电集团屯兰矿，山西 古交 030206）

引言

粉尘是采矿过程中产生的有害物质，会对矿工的健康产生影响。煤矿工人患尘肺病（CWP），通常称为黑肺病，是工人长期吸入煤尘并在肺部沉积，造成人衰弱且不可逆的肺部疾病。吸入过量的尘埃颗粒（＜10 μm）会在肺泡区域形成疤痕组织，导致疾病在晚期发展为大规模纤维化。除此之外，浮煤粉尘（＜75 μm）更是一种安全隐患，如果浮煤量不足以在矿井表面沉降，在空气中漂浮则可能使矿井爆炸。

本文针对掘进机存在的除尘问题，使用连续的粉尘监测器（CPDM）来实时连续监测在地下矿山工人周围的可吸入粉尘浓度，搭建回归模型，对除尘器性能进行分析，并提出改进措施。

1 粉尘监测方法

灰尘浓度测量是通过结合ThermoFisher Scientific 3600 型粉尘监测器（PDM）和3700 型设备进行的，如图1 所示。PDM3600 是PDM3700 的前身，主要差异在于PDM3600 头灯、为头灯供电的电池以及安装在头灯上的灰尘入口。每台都是经批准可用于地下实时监测的灰尘监测仪，PDM 3700 符合最新的MSHA灰尘法规的采样要求。所需采样的位置数量多，3600 型和3700 型两种仪器PDM 均可被使用[1-3]。

图1 ThermoFisher Scientific 粉尘监测仪

图2-1 显示了沿长壁廊道表面的12 个灰尘测量位置，在闸门鼓附近放置间隔布，以采集最近切碎的煤，这些煤将堆积在闸门鼓附近的装甲面输送机上。图2-2 显示了悬挂在回程中的4 个PDM相对于回程气道的地板、天花板和侧面的位置。表1 显示了灰尘监测器相对于高位鼓的表面、地板和轮毂的距离。

表1 相关的粉尘监测距离 m

图2 沿工作面和返回气道的粉尘监测位置

本文研究的粉尘为某公司生产的低比重，细磨的矿物黑325BA。通过观察运行中的长壁，并研究运行中的视频，以确定适合在集尘室进行测试的喷粉位置。这些结果表明，可以通过在3 个位置注入灰尘来获得观察到的灰尘图案。灰尘注入点1 位于弧形表面的中间，该弧形表面代表了闸门滚筒的有效切煤位置。注入点2 是直径为102 mm（4.0 英寸）的波纹管，位于距工作面0.45 m（18 英寸）、距地面1.02 m（40 英寸）和距中心约0.53 m（21 英寸）的位置。弧线灰尘注入点3 是从7.6 cm×30.5 cm（3 英寸×12 英寸）的矩形开口，该矩形位于安装在顶板检修臂上的木箱底部的开口处。位置2 和3 表示通过从闸门滚筒流到装甲工作面输送机（AFC）的切煤的作用而带入到空气中的灰尘，如图3 所示。

图3 尘埃注入位置

通过平方和均方、效果和系数的估计，分析对溢流床除尘器性能影响最大的因素。确定浮煤粉尘与除尘器间重要的交互作用。随后，进行显著性测试以确定哪些系数与0 有显著差异，然后将有效系数用于创建回归模型。通常可以使用F 检验来确定显著性水平，t 统计量用于确定显著性水平，具有d 个自由度的t 随机变量是具有一个分子和d 分母自由度的F 随机变量。因此，将t 统计量的绝对值与t 分布进行比较的检验等同于F 检验。本文使用JMP 统计分析软件进行分析，并使用t 检验确定显著性水平，P 值＜0.01 表示其显著性。

2 粉尘监测结果

掘进机清洁系统通过使用物理屏障并喷水将灰尘引向面部的方式来减少人行道中的灰尘。但该系统不能从气流中去除可吸入的灰尘，分流臂喷雾器主要将灰尘引离人行道，但不会在水滴中捕获大量灰尘。因此，在分流器臂喷洒开启的情况下，回程中的灰尘浓度将适度降低，而使人行道上的灰尘浓度显著降低。

表2 显示了分离臂喷淋开启时人行道灰尘减少的回归模型。对模型的检查显示平均除尘量为91.5%，并且主要影响和相互作用较小。该模型的确定系数为0.60，这是所有模型中最低的，表明与其他模型相比，此模型的变异性较小。洗涤器的最佳性能是当洗涤器容量处于较高水平、进气口延长管已取、面风速度处于较低水平。分离臂将灰尘多的空气喷向脸部，由于喷雾大致垂直于面部气流，因此喷雾应以较低的面部空气流速重新引到空气。由于洗涤器入口处为负压，洗涤器工作（特别是在高容量时）将有助于将空气从人行道带出。在这种情况下，进气口延长的作用并不明显。使用扩展模块，可以在灰尘扩散之前捕获灰尘。然而，在去除延伸部的情况下，特别是在较高的面风速度下，洗涤器的负压将灰尘从人行道中拉走一段较长的距离，从而有助于分离臂的喷雾效果[4-9]。

表2 分流臂喷淋开启的返回和人行道回归模型和确定系数

3 结论

在实验室环境中集成到掘进机中的除尘器可以有效减少空气中可吸入的粉尘。结果表明，对模型的检查显示平均除尘量为91.5%，并且主要影响和相互作用较小。该模型的确定系数为0.60，洗涤器的最佳性能是：洗涤器容量处于较高水平、进气口延长管已取、面风速度处于较低水平。分离臂将灰尘多的空气喷向脸部，由于喷雾大致垂直于面部气流，因此喷雾应以较低的面部空气流速更有效地重新引导空气。