我国煤矿掘进面降尘技术及降尘系统概述

李 明

（1.太原理工大学 机械工程学院,太原 030024;2.同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司,山西 大同 037016）

我国煤矿掘进面降尘技术及降尘系统概述

李 明1,2

（1.太原理工大学 机械工程学院,太原 030024;2.同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司,山西 大同 037016）

粉尘爆炸和尘肺病是矿井粉尘危害的两个主要方面。根据统计，全国有将近30万多的煤矿尘肺病患者，大约占到全国患此病人数的50%。本文在分析掘进工作面降尘技术的发展现状的基础上，给出了掘进机喷雾降尘系统，为进一步的设计奠定理论基础。

信息系统；人员定位；系统

1 掘进工作面降尘技术的发展现状

1.1 掘进工作面通风除尘技术

掘进通风的方式有四种，为混合式、抽出式压入式和可控循环式。掘进通风除尘技术是以压抽混合式通风作为基础的，然后配合使用除尘器由此发展而来。秦跃平等研究“长压短抽”式除尘通风时掘进巷道中粉尘运移和分布规律，与压风筒口位置、抽吸比及压入风量等通风参数进行对比，从而分析对粉尘分布范围及其浓度的影响。黄金星等优化了以涡流控尘为主的机掘面长压短抽的除尘系统，对控尘系统同步移动方式进行优化设计、对除尘器承载滑车结构进行优化设计、对系统配套关键工艺技术进行改进及对集尘罩结构进行结构优化设计。杜翠凤等数值模拟了对长压短抽式通风掘进工作面粉尘的分布规律。王虹描述了使用煤炭科学研究总院太原研究院与德国CFT公司一起开发了一套高效除尘系统，它适用于中国煤矿井下掘进工作面。此系统在压入式风筒的尾端安置了附壁风筒来改善机掘工作面的风流分布情况，让压入风流改变成轴向前进的旋转风流，构成一道旋转风幕，不仅可以对工作面粉尘的外扩散进行封挡，还能够增强集尘装置的集尘效果，完善机掘工作面的作业环境，还可以将积聚瓦斯吹散，加强矿井生产中的安全性，这便是旋流通风降尘技术。

1.2 掘进工作面喷雾除尘技术

国内相关单位试验了高压喷雾、喷嘴旋转的喷雾系统、化学降尘剂降尘技术等。中国矿业大学和平顶山天安煤业股份有限公司合作研制了泡沫除尘技术；北京科技大学等研制了自激式卧式水浴除尘器及泡沫掘进机转载点试验了泡沫除尘，优化了泡沫降尘设备及其关键参数；河南理工大学和兖州煤业集团研制了喷嘴旋转的喷雾系统，能够形成空气雾罩。

1.3 掘进工作面气幕除尘技术

前苏联谢别列夫等学者对矿用空气幕进行了大量的研究，并在二十世纪 50 年代将空气幕引入矿山巷道中。1958年首先英国在掘进巷道研究与应用控制循环通风技术上取得良好的效果；到1978年代德国和日本对掘进工作面风流分布进行实验研究，模拟空气幕阻尘的降尘系统，防止粉尘向司机处扩散。程卫民等针对锚掘机截割速度快的特点，提出一种煤巷快速掘进的封闭式除尘系统。马恒等提出了首先集尘然后再除尘的思想，在射流箱内加装导流板，研制了适用于掘进工作面的新型风幕集尘系统，提高了阻挡呼吸性粉尘的效率。

2 掘进机喷雾降尘系统

掘进机工作时，掘进机截割头的截齿与煤体之间会产生较大的研磨力，研磨造成了粉尘的产生，从这一点上讲，掘进工作面比采煤工作面产生的粉尘细微颗粒所占的比例会大，同时产尘的可能性更大。正是由于掘进机截割头工作的掏挖方式，使得掘进头上的内喷雾喷嘴极其容易被堵塞。由于巷道是盲道，工作面的通风方式大都采用局扇加引风筒的压入式通风，风筒吊装在巷道顶部一侧，风筒排出的风直接吹向工作面，在堵头阻挡下折回再推动巷道内的空气向外流动。由于这种反风作用，喷雾系统的水雾极其容易被吹到司机处，影响司机视线，给司机的操作带来很大影响。这给掘进工作面的喷雾降尘工作带来难题。掘进机截割头的掏挖工作方式也使安装再截割头上的喷嘴设计难度大，要求喷嘴既要有好的雾化效果，还要能防止堵塞，并便于清理。

掘进机采用煤科总院太原分院研制的EBJ—120TP型纵轴式设备。其可分为：内喷雾、外喷雾以及辅助喷雾系统，每个喷雾系统上都安装有喷嘴。为提高喷雾系统工作可靠性，设置过滤装置过滤喷雾用水，另外设计选择不易堵塞的除尘器。

喷雾系统是掘进机的附属设备。结合EBJ－120TP型掘进机的整体结构，设计了喷雾供水系统。在供水系统设计中，喷雾泵站只为内喷雾供水，这样喷雾泵站的选型只需满足内喷雾的压力和流量，既节省了成本，又保证了内喷雾所需的压力和流量，提高了内喷雾系统的使用可靠性。

针对掘进工作面粉尘浓度高、运移复杂、通风易产生二次扬尘的特点，提出新式机械除尘的流场诱导降尘研究是减少或避免重大安全生产事故和降低粉尘对作业人员的危害的高效率实用性研究。利用旋流正压流场和锥形负压流场将掘进粉尘引流到限定空间，然后结合限定空间中的气雾流场将粉尘沉降，此研究是解决大断面掘进工作面粉尘问题的有效途径之一。先通过送风筒出口处旋流器形成向下流动的旋转正压分流流场，把掘进头处的粉尘一次诱导至一定空间，阻止工作面粉尘向外扩散和二次扬尘；然后利用旋转雾化器高速旋转形成的负压，二次诱导粉尘至限定空间；最后通过风机的水雾流场将粉尘有效沉降，并从气流场中分离出来。

3 结论

掘进工作面掘进机割岩(煤)是矿井开采最为基本的生产作业工序之一，也是主要产尘源之一。测定，无防尘措施时司机处的粉尘可高达6000mg／m3。掘进工作面掘进迎头的粉尘浓度约为200-400mg/m3，甚至更高。严重威胁到操作人员的人身安全一级正确的操作。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.055