掘进工作面涡流控尘系统设计与现场效果考察

马艳云

（山西汾西中兴煤业有限责任公司，山西交城030500）

引言

某煤矿掘进工作面为低瓦斯、小断面、煤巷，为了在掘进工作面应用空气幕隔尘技术，进一步验证涡流控尘技术理论分析和数值模拟分析结果，对太原煤气化集团公司某煤矿现有掘进工作面通风除尘技术现状、设备性能及特点进行了分析，设计了掘进工作面的通风降尘系统。

1 掘进巷道通风除尘工艺设计

1.1 通风除尘系统设计依据

根据中华人民共和国煤炭行业标准“巷道掘进混合式通风技术规范”[1]（MT/T441—1995）规定：

1）煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的混合式通风方式只允许采用“长压、短抽”和“长压、短抽、短压”的方式。

2）压入式风筒的出风口或抽出式风筒的吸风口与掘进工作面的距离，应分别在风流的有效射程或有效吸程范围内，抽出式风筒的吸风口与掘进工作面的距离不得大于5 m。

3）短抽或短压风筒与主导风筒间的重叠段长度宜大于10 m，小于60 m。

由于“长压、短抽、短压”方式只针对高温巷道（短压为吹冷风）。某煤矿掘煤工作面只能采用长压短抽混合通风方式。

另外长压短抽混合通风方式具有如下特点要求：

1）长压短抽通风除尘系统只能减轻掘进工作面粉尘污染程度，无法消除工作面及巷道的粉尘污染问题；其除尘效果及安全性能主要决定于压入和抽出风量间的匹配、压入和抽出式风筒距工作面的距离以及吸风口形状。

2）带附壁风筒的长压短抽混合通风除尘系统，压风沿巷道截面形成的旋转空气幕，既阻止了产尘点的粉尘向外扩散，又消除巷道顶端积聚瓦斯，是理想的通风控尘方式。

3）为了保证抽风管和压风管重叠段不出现循环风，长压短抽通风除尘工艺的除尘风机吸风量应为供风量的0.8倍。

根据煤炭行业标准“巷道掘进混合式通风技术规范”（MT/T 441—1995），及带附壁风筒涡流控尘特点，某煤矿煤巷的掘进通风除尘系统选择带附壁风筒的长压短抽混合通风方式，其相应的布置要求已在规定中表明。

1.2 通风除尘系统的工艺参数

1.2.1 掘进工作面风量

根据《煤矿安全规程》对掘进工作面风量要求，低温无瓦斯煤巷掘进最低风量Q供＞15S回。

1.2.2 除尘风机的抽风量

考虑到混合通风方式的压风风筒与除尘风机抽气风筒重叠部分不出现循环风，需要有新风流过，因此，附壁风筒形成的旋转新风气流一部分向掘进工作面推进，另一部分背离工作面向除尘风机排气口推进，这样保证了风筒重叠部分气流洁净和通风系统安全。

参照相关文献研究结果[2-3]：压风量Q抽风=0.8Q供风，可得出除尘风机所需的抽气量。

1.2.3 附壁风简的风量调节

附壁风筒缝隙出风量与附壁风筒调节风门流出风量可根据现场工作需要和降尘效果进行调节。在掘进机工作时，调节风门0～40%左右的开度，停止掘进时，全开调节风门。

1.3 附壁风筒的设计

附壁风筒是涡流控尘的关键设备，其结构设计应包括如下方面：

1）应确保在掘进机工作时附壁风筒侧面缝隙喷出气流必须有足够的喷出速度，形成旋转风流，速度为44.4 m/s。

2）对于某些巷道的掘进过程，附壁风筒在提供旋转风流的同时，还必须提供轴向风流。

3）在掘进机停止工作时（除尘风机也停止工作），一侧面缝隙关闭，提供轴向风流。

4）方便两端风筒的连接。

因此，在附壁风筒的末端设计有提供轴向风流的调节风门，能实现风门的自由调节。

1.4 除尘风机的要求和选择

1.4.1 对除尘风机的要求

除尘器的性能，特别是除尘器对呼吸性粉尘的除尘效率、对带附壁风筒长压短抽通风的涡流控尘工艺系统中的降尘效果都十分重要，因为除尘器的除尘性能直接关系到除尘风机排气口处的巷道空气含尘浓度。所以，选择高性能的除尘器十分关键。

1.4.2 除尘风机的选型

文献分析表明[3-4]，现有湿式纤维栅除尘风机的指标完全满足“矿用除尘器通用技术条件”要求，除尘性能、特别是呼吸性粉尘的除尘效率明显高于其它原理的除尘风机，是巷道通风除尘风机的首选设备。应选择KCS-22522型湿式纤维栅振弦除尘风机。

1.5 其他问题

1.5.1 防小车侧翻

由于掘进机运动的惯性和突然性，承载除尘风机的小车和除尘风机有可能侧翻。为了防止侧翻事故的发生，设计除尘风机承载小车时已充分考虑在车轮另一侧增加防侧翻挡板，与车轮形成一体。当除尘风机出现倾斜时，防侧翻挡板会钩住轨道，避免除尘风机的进一步倾斜、侧翻。

1.5.2 除尘风机吸尘罩

吸从罩的位置和结构对除尘风机的吸尘效果影响较大。在很多场合，除尘风机的吸尘罩为圆筒，直径与风管大小相同；在掘进工作面的空间条件下，理论和实践表明，与圆筒吸尘罩相比，吸风口面积扩大的扁平矩形吸尘罩的吸气范围更广、吸尘效果更好。本项目采用了扁平吸尘罩[5]。

吸尘罩离工作面越近，吸尘效果越好，一般为3 m。由于巷道高度较低，本项目中吸尘罩离工作面4 m，对吸尘效果稍有影响，但对司机处的气流含尘浓度影响不大，因为司机离工作面的距离超过6 m。

吸尘罩也可设计成两个吸尘口，且间隔一定距离。模拟分析表明，两个吸尘口可在一定区间范围内有效降低粉尘浓度。在有条件的巷道，可以缩短吸风口离工作面的距离、设计两个吸风口。

2 工作面含尘浓度测试结果

巷道通风除尘系统的含尘浓度测试在不用附壁风筒和使用附壁风筒的情况下进行，除尘系统布置如图1所示，测试数据如表1所示。

图1 有附壁风筒的长压短抽通风除尘系统设备布置简图

表1 巷道粉尘质量浓度测试数据mg/m3

从表1可以看出，综掘工作面涡流控尘系统的宴施，取得如下成果：

1）与长压短抽除尘系统相比，巷道各处粉尘浓度明显降低，体现了涡流控尘系统的良好降尘效果。

2）掘进司机位置粉尘浓度明显下降。掘进司机位置总粉尘质量浓度由246.59mg/m3下降到40mg/m3以下，消除了因粉尘浓度高而影响司机的操作视线。与无附壁风筒的长压短抽系统相比，总粉尘浓度降尘效果达到了80%以上。

3）系统降尘效率提高。除尘系统排放口平均总粉尘质量浓度为7.84 mg/m3，呼吸性粉尘质量浓度为0.82mg/m3，除尘风机效率为95.8%，到达规定指标。特别是呼吸性粉尘浓度降低到0.82mg/m3，比较理想[6]。

3 结语

综掘面涡流控尘系统的应用，降尘效果良好，作业场所的劳动卫生条件得到了极大改善。总粉尘除尘效率达到80%以上，除尘风机的效率达到95.8%。同时，附壁风筒的使用大大提高了控尘效率，为防止粉尘逃逸提供了保障。

[1]刘涛，郭胜均，汪春梅.涡流控尘装置的控尘机理及试验研究[J].能源环境保护，2009（2）：34-36.

[2]梁爱春，金小汉，郭胜均.涡流控尘系统与湿式旋流除尘系统复合除尘效果影响因素试验[J].矿业安全与环保，2009（6）：90-92.

[3]黄金星，曲宝.涡流控尘为主的机掘面长压短抽除尘系统优化设计[J].煤炭工程，2012（8）：232-234.

[4]常建兵，刘涛，胥奎.综掘工作面粉尘防治技术研究[J].煤炭工程，2007（3）：45-47.

[5]何清海.综掘工作面粉尘防治新技术[J].矿业安全与环保，2012（8）：56-57.

[6]严昌炽，陈治中，李德文.煤矿机掘面通风除尘技术的研究[J].中国煤炭，1997（11）：89-93.