综掘工作面伞状气幕装置的设计与应用_王迪.pdf

引言综掘工作面是煤矿井下主要产尘地点之一，随着机械化水平的提高，综掘工作面的掘进效率得以大幅提高，同时也加剧了粉尘污染。根据现场实测，综掘工作面生产期间的粉尘浓度可达1 0003 000mg/m3，严重危害了作业人员的健康，使其患上尘肺病。在我国职业性尘肺病病例中，绝大多数分布在煤矿从业人员。综掘工作面常见的防尘措施有喷雾降尘、泡沫除尘、长压短抽通风除尘等，其中长压短抽通风除尘因其经济高效被广泛应用于煤矿综掘，降尘效果良好。在长压短抽通风系统中，通常会配置附壁风筒，将部分轴向风流转变为径向风流，形成阻隔迎头粉尘扩散的气幕。为了进一步提升附壁风筒的控尘效果，相关研究对其条缝参数及轴、径向风流参数等做出了一些优化。然而，目前附壁风筒的出风结构形式比较单一，形成的径向风流在巷道断面上分布不够均匀，容易造成漏尘。本文设计了一种新型的伞状气幕装置，以实现综掘工作面更加高效的降尘效果。1工作面概况某矿综掘工作面采用EBZ-200型综掘机一次成巷，断面为矩形，净宽4.8 m、净高3.1 m，净断面面积14.88 m2，采用锚网索联合支护。施工工艺采用综掘机破煤、装煤，轮胎式防爆装载机、刮板输送机、带式输送机运煤，人工支护。工作面选用FBD6.0/222局部通风机供风，供风量为400 m3/min。目前采取的防尘措施主要为综掘机内喷雾降尘和除尘器抽尘，内喷雾压力2 MPa，雾化效果良好，除尘器风量400 m3/min。分别在采取防尘措施前后，对司机处、司机下风侧5 m、司机下风侧15 m和司机下风侧30 m位置的粉尘浓度进行测试，测试结果如图1所示。各测试点的降尘效率依次为48%、49%、51%和45%，远未达到理想的降尘效果；由于缺少控尘装置，迎头粉尘未能得到有效的控制，扩散污染严重。2伞状气幕装置设计伞状气幕装置通过伞形结构将压风风流沿伞面导出，其结构如图2所示。该装置主要由3级气幕发生器组成，每级发生器斜向出风口的角度不同，从而形成张角逐渐增大的伞状气幕。气幕发生器之间的距离可通过导杆来调节，从而调节每级发生器的斜向出风量。综掘工作面伞状气幕装置的设计与应用王迪（中煤科工集团 重庆研究院有限公司，重庆400037）摘要：针对综掘工作面迎头粉尘无序扩散的问题，设计了一种伞状气幕装置，采用3级斜向出风的结构形成多级伞形气幕阻止粉尘的扩散。通过数值模拟，得到有、无伞状气幕装置情况下的综掘工作面粉尘分布规律，结果表明，伞状气幕对迎头粉尘起到了较好的控制作用，高浓度粉尘被压制在迎头20 m范围内。通过现场应用，综掘工作面的降尘效率得到进一步提高，总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到60%和50%以上。关键词：综掘工作面；长压短抽通风；伞状气幕；降尘效率中图分类号：TD714文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0138 02Design and Application of Umbrella Air Curtain Device in FullyMechanized Excavation FaceWang Di(Chongqing Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group,Chongqing 400037,China)Abstract:Aiming at the problem of disorderly dust diffusion in fully mechanized excavation face,anumbrella air curtain device was designed,which used a three-stage oblique air outlet structure to forma multi-stage umbrella shaped air curtain to prevent dust diffusion.Through numerical simulation,thedust distribution law of fully mechanized excavation face with and without umbrella air curtain devicewas obtained.The results show that the umbrella curtain had a good control effect on the dust,and thehigh concentration dust was suppressed within 20 m of the head.Through field application,the dustreduction efficiency of fully mechanized excavation face was further improved,the dust reductionefficiency of total dust and respirable dust reached more than 60%and 50%respectively.Key words:fully mechanized excavation face；long-duct forced and short-duct exhaust ventilation；umbrella air curtain；dust reduction efficiency138图1综掘工作面粉尘浓度1.措施前2.措施后图2伞状气幕装置1.筒体2.一级分离器3.二级分离器4.三级分离器5.螺栓6.螺母7.导杆3装置控尘效果数值模拟根据综掘工作面实际尺寸，建立50 m4.8 m3.1 m（长宽高）的综掘工作面几何模型，如图3所示。将压风风筒入口设置为速度入口，巷道出口设置为自由出口，除尘器入口设置为风扇，风筒其他出入口及除尘器出口设置为内部边界；压风风筒风量为400 m3/min，除尘器抽尘风量为400 m3/min。采用离散相模型，将迎头壁面设置为面喷射源，喷射粉尘为中等挥发分煤尘，质量流率为4 g/s，粒径范围1150 m，分布系数1.5。分别在有无伞状气幕装置的条件下，模拟得到综掘工作面粉尘分布情况，如图4所示，断面从左到右依次距迎头1 m、6 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m。图3综掘工作面几何模型1.抽尘风筒2.桥式转载机3.除尘器4.压风风筒5.伞状气幕装置6.综掘机（a）无伞状气幕装置（b）有伞状气幕装置图4综掘工作面粉尘分布由图4可知，无伞状气幕装置时，粉尘污染程度随到迎头距离的增加而减小，在30 m位置前后形成了较为明显的差异：距迎头30 m前，断面粉尘平均浓度普遍高于200 mg/m3；距迎头30 m后，断面粉尘平均浓度处于100 mg/m3以下。该粉尘浓度分布规律与现场实测基本一致。增加伞状气幕装置后，高于200 mg/m3的高浓度粉尘区域被压缩到距迎头20 m范围内，相对无伞状气幕装置时减少了10 m的距离，表明该装置所形成的伞状气幕起到了延缓及阻止迎头粉尘向外扩散的作用。4现场应用效果在综掘工作面长压短抽通风系统的基础上增加伞状气幕装置，考察应用后的降尘效果。分别在综掘机司机、司机后10 m、司机后20 m、司机后30 m的位置设置测点，测试得到总粉尘及呼吸性粉尘的降尘效率，测试结果如表1所示。从表1可以看出，应用伞状气幕装置后，各测点位置总粉尘和呼吸性粉尘的降尘效率分别提高到60%和50%以上。表1粉尘浓度测试结果5结语本文设计了一种综掘工作面伞状气幕装置，采用3级分离器形成张角依次增大的伞状气幕。数值模拟结果表明，该伞状气幕装置能够有效压制巷道迎头粉尘，减少了其向外扩散的趋势。现场应用测试表明，使用伞状气幕装置后，综掘工作面的粉尘浓度得到进一步的降低，证明该装置具有良好的控尘效果。参考文献：1凌南.煤矿综掘面综合防尘技术优化研究与实践J.江西煤炭科技，2016(2):39-41.2张艳娇，徐向宇，姜婉，等.综掘面尘源位置对负压抽风口位置的影响J.中国安全科学学报，2021，31(4):147-155.3金龙哲.我国作业场所粉尘职业危害现状与对策分析J.安全，2020，41(1):1-6.4王凯凯，司文，王江峰.综掘工作面高效除尘技术研究与应用J.能源与环保，2020，42(8):72-75+80.5侯树宏，郝军，李腾龙，等.综掘工作面通风控尘参数匹配关系研究及应用J.煤炭技术，2022，41(1):166-169.6韦山.综掘工作面通风除尘技术研究J.煤炭与化工，2021，44(4):112-114.7王建国，王康，樊亦洋.附壁风筒条缝参数对综掘工作面控尘效果的影响J.煤矿安全，2021，52(6):206-210.8杨俊磊.附壁风筒轴径向出风比与出风距离对控尘效果的影响J.黑龙江科技大学学报，2022，32(2):180-184.作者简介：王迪（1987），女，吉林白城人，工程师，硕士，现从事煤矿粉尘防治工作，电子信箱：.责任编辑：刘宝胜收稿日期：20220905第44卷第5期Vol.44 No.5综掘工作面伞状气幕装置的设计与应用王迪下风侧15 m下风侧30 m下风侧5 m司机处12粉尘浓度/mgm-31 000800600400200123456司机处司机后10 m司机后20 m司机后30 m总粉尘532.4338.6210.2142.8呼吸性粉尘128.880.052.630.2总粉尘176.5132.4102.458.0呼吸性粉尘40.632.226.614.2总粉尘67615159呼吸性粉尘68604953应用前/mgm3应用后/mgm3降尘效率/%测点12345、67DPM-ConcZXY5.0E-044.5E-044.0E-043.5E-043.0E-042.5E-042.0E-041.5E-041.0E-045.0E-05DPM-ConcZXY5.0E-044.5E-044.0E-043.5E-043.0E-042.5E-042.0E-041.5E-041.0E-045.0E-05139