综掘工作面长压短抽通风粉尘扩散特征分析.pdf

156江西煤炭科技2023年第3 期综掘工作面长压短抽通风粉尘扩散特征分析葛宇（华阳集团新景公司，山西阳泉0 450 0 0）摘要：以新景矿150 2 6 综掘工作面为例，研究了在工作面长压短抽混合式通风方式下的粉尘浓度和粒径分布特征。在没有开启任何降尘措施的条件下实测表明，迎头总粉尘浓度范围为3 0 0 440 mg/m，总粉尘浓度在掘进机机身后5m处的回风侧最高，其次是抽出式风筒入口处和掘进机司机处；呼吸性粉尘浓度范围为13 52 2 5mg/m,抽出式风筒入口处粉尘浓度最高，其次是回风侧和掘进机司机处。抽出式风筒入口处的呼吸性粉尘占比最高，其次是掘进机司机处和回风侧掘进机机身后5m处。不同范围内的粉尘占比最多的是大于10 m的颗粒粉尘,最少的是0 2 m的最小粒径颗粒。可以看出，150 2 6 综掘面粉尘浓度严重超标，需要采用多种降尘措施综合治理粉尘。关键词：综掘面；粉尘治理；长压短抽混合式通风；粉尘浓度；粒径分布中图分类号：TD714+.43Analysis on Dust Diffusion Characteristics of Long Pressure Short Extraction Ventilation in Fully MechanizedAbstract:Taking the 15026 fully mechanized excavation working face of Xinjing Colliery as an example,the author studies thedust concentration and particle size distribution characteristics under the mixed ventilation method of long pressure and shortextraction in the working face,and determines that the dust concentration in the 15026 fully mechanized excavation face seriouslyexceeds the standard,and multiple dust reduction measures are needed to comprehensively control the dust.The specific data areas follows:under the condition of no dust reduction measures being activated,the actual measurement shows that the total dustconcentration range in the front is 300440 mg/m.The total dust concentration is highest on the return air side at 5 metersbehind the body of the tunneling machine,followed by the inlet of the extraction air duct and the driver of the tunneling machine.The concentration range of respiratory dust is 135225 mg/m,with the highest dust concentration at the inlet of the exhaust airduct,followed by the return air side and the driver of the tunneling machine.The proportion of respirable dust at the inlet of theexhaust air duct is the highest,followed by the driver of the tunneling machine and 5 meters behind the return air side of thetunneling machine body.The highest proportion of dust in different ranges is greater than 10 m while the minimum particle dustof m is 02 m.Key words:fully mechanized excavation face;dust control;long pressure short extraction mixing ventilation;dust concentration;particle size distribution粉尘是我国煤矿严重的生产性危害之一，高浓度粉尘环境下长期作业容易导致工人罹患尘肺病。尘肺病几乎无法治愈，会给患者带来沉痛灾难1-2 。较高浓度的煤尘在明火下还可能引发煤尘或瓦斯煤尘爆炸，这种爆炸事故危害程度远超瓦斯爆炸事故。煤矿井下掘进工作面近年来大规模推广掘进机机械化快速掘进，造成粉尘浓度激增，因此，需要对综掘工作面的粉尘进行高效治理。治理粉尘危害的前提是确定粉尘在巷道内部的分散特征，然后再有针性地提出具体防控措施，增加降文献标识码BExcavationFaceGe Yu(Xinjing Co.,Huayang Group,Yangquan,Shanxi 045000)尘效率3 。以新景矿150 2 6 综掘工作面为例,测定了工作面不同地点的粉尘浓度和粒径特征，研究了在工作面长压短抽混合式通风方式下的粉尘浓度和粒径分布特征，为高效针对性降尘技术提供基础支撑。115026 工作面概况新景矿150 2 6 巷道为芦北15#煤采区150 2 6综放工作面进风巷，巷道设计长度为2 156 m，巷道坡度为7。煤层以镜煤、亮煤为主，内生裂隙发文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 156-0 32023年第3 期育，直接顶为泥岩，直接底为砂质泥岩。工作面瓦斯绝对涌出量为1.8 m/min,煤尘无爆炸性，为自燃煤层（类）。掘进工作面利用EBZ-160型掘进机掘进，掘进机截割头截割深度为0.5m，利用FBDNo7.1/55X2型防爆对旋轴流式局部通风机，工作面采用长压短抽式通风方式,风筒直径为0.6 m，压人式风筒出风口风量为40 0 m/min，抽出风筒人口风量为3 0 0 m/min。巷道断面宽5.2 m、高3.5 m,断面面积18.2 m。2粉尘浓度分布特征综掘工作面产尘的主要地点为掘进机截割头旋转截割煤体、工作面迎头底板处扬尘和转载点落煤扬尘。迎头处产生的粉尘在压人式通风的作用下被吹起，使粉尘扩散至巷道后方。测定巷道内部的粉尘扩散特征，需要获取不同位置处的粉尘样品然后分析浓度、粒径分布等特征。根据国家标准工作场所空气中粉尘浓度测定和煤矿井下粉尘综合防治技术规范4-7 的规定,利用矿用粉尘采样器采取测点粉尘样品，测点布置在掘进机司机处、掘进机机身后方5m和抽出式风筒入口处，如图1所示。本文研究目的在于探明150 2 6 综掘面的粉尘分布特征，因此均在没有开启任何降尘措施的条件下测定粉尘浓度，每次采样的时间为10 min,采样流量为15 L/min。2号测点：掘进机3号测点：抽出式后5m处回风侧通风机入口处1号测点：掘进机掘进机司机处压入式通风机风筒图1掘进工作面测点位置三个测点处的粉尘浓度如表1所示。可以看出，在掘进巷道工作面迎头附近，总粉尘浓度范围从3 0 0 mg/m到440 mg/m,总粉尘浓度在掘进机机身后5m处的回风侧最高，为43 9.1mg/m,其次是抽出式风筒入口处和掘进机司机处，分别为389.2mg/m和3 0 2.6 mg/m。掘进机截割头旋转截割作业割煤破碎强度大，产尘强度也是最高的，工作面压人式风筒吹出的正压风将掘进面煤壁上产生的粉尘吹向回风侧，如图1所示，掘进机司机位于截割头产尘区域的上风侧，2 号测点掘进机机身后5m处的回风侧位于截割头产尘区域的下风侧，因此2 号测点处的粉尘高于1号掘进机司机处。总粉尘中包含较多粒径较大的粉尘，这些粉尘江西煤炭科技颗粒受到的重力比颗粒较小的如呼吸性粉尘大，因此在随风流运移过程中，大颗粒粉尘沉降较多，因此2 号测点的总粉尘浓度高于3 号抽出式风筒入口处。3 号测点处于负压风筒入口，掘进工作面迎头产生的粉尘受负压影响向该点运动积聚，而1号测点处的掘进机司机处则处于正压风环境下，会将粉尘吹离该点，因此1号测点的全尘浓度低于3 号测点。同时由于高速风流下紊流比较明显，紊乱的风流会将粉尘带人1号测点处。表1不同测点的粉尘浓度总粉尘浓度呼吸性粉尘浓度呼吸性粉尘测点位置/(mg/m)掘进机司机302.6掘进机机身后439.15m的回风侧抽出式风筒人口处呼吸性粉尘浓度范围从13 5mg/m到2 2 5mg/m之间，其中抽出式风筒人口处粉尘浓度最高，为224.3mg/m，占总粉尘的57.6%,其次是回风侧和掘进机司机处，分别为18 1.5mg/m和13 6.2 mg/m，占比分别为41.3%和45%。可以看出，呼吸性粉尘浓度和总粉尘浓度在不同位置处的高低不同，抽出式风筒人口处呼吸性粉尘占比最高，这是由于不同粒径粉尘的沉降速度不同所致，经过长距离运移后，粒径较大的粉尘颗粒沉降效应明显，随空气向远处扩散的主要是粒径较小的粉尘，而抽出抽出式通风机风筒157./(mg/m)占比/%136.245.0181.541.3389.2224.3式风筒入口处距离掘进机截割头产尘地点最远，大颗粒粉尘的沉降效果是最明显的，在负压风作用下向风筒内部聚集的呼吸性粉尘占比相应增加。虽然掘进机机身后5m处的回风侧距离产尘点比掘进机司机处更远，但由于该点位于下风侧，压入式风筒吹入的风流在截割壁面处风速较高，能够将全尘和呼尘一同吹至该测点处，虽然其呼吸性粉尘浓度绝对值高于掘进机司机处，但由于全尘浓度同样较高，因此其占比更低。可以看出，150 2 6 综掘面粉尘浓度严重超标，需要采用多种降尘措施综合治理粉尘，如可以在掘进机处优化外喷雾，高效沉降截割产尘；在抽出式风机前方增加湿式除尘装置，净化抽出的风流；在压入式风筒前端装设附壁风筒，形成向工作面迎头旋转前进的横向风幕，阻止粉尘向后方运移。3粉尘粒径分布特征掘进面产生的粉尘粒径差别较大，此处将其粒径按照0 2 m、2 5 m、5 10 m 和 10 m57.6158.四个范围分析，这里选取掘进机司机处和回风侧掘进机机身后方5m处两个测点上的粉尘样品进行粒径分析。利用Winner-2000激光粒度分析仪分析了粒径分布特征，如图2 所示。整体上来看，两个测点处不同粒径范围粉尘的分散度和累计分布曲线变化趋势是相同的，累计分布曲线呈现先缓慢增加后迅速上升然后增速变缓的趋势。分散度在10 10 0 m范围内出现了一个波峰。10r100808%/媒6400.1108%/媒64200.1粉尘的分散度和累计分布结果如表2 所示，两个测点处的不同范围内的粉尘分散度顺序相同，占比最多的是大于10 m的颗粒粉尘,最少的是0 2 m的最小粒径颗粒。也就是说粒径大于10m的粉尘颗粒是掘进机截割产生的粉尘中最主要的粉尘颗粒。需要指出的是，掘进机机身后测点处0 10 m范围的粉尘占比小于掘进机司机处,这和前文呼吸性粉尘颗粒浓度占比的结果相近。表2 粉尘分散度和累计分布掘进机司机处粒径范围分散度/%累计分布/%分散度/%累计分布/%02m6.382 5 m9.115 10 m15.5810 m68.93为了进一步量化粉尘粒径分布特征，本次提出了以D4.3、D 3.2、D(50)等概念表示粉尘粒径累计分布，这里的D4.3表示体积平均直径;D3.2表示索江西煤炭科技太尔平均直径，即表面积平均直径;D(50)为中位径，利用激光粒度分析仪能够直接得到有关结果，如表3 所示。掘进机司机处粉尘的中位径为19.3 m，小于掘进机机身后5m处（2 2.6 m），说明该位置处粒径较小的粉尘占比更多。这一点从平均直径和比表面积的数值上同样能够看出。表3 粒径分布特征D(50)D4.3测点/um掘进机司机处19.3回风侧掘进机22.6机身后5m404结语200110粒径/um(a)掘进机司机处110粒径/um(b)掘进机后5m处回风侧分散度-累计分散度图2 粉尘粒径分布特征回风侧掘进机机身后5 m处6.385.938.3115.4931.071002023年第3 期D3,2比表面积/um/um29.85.8233.56.41综掘工作面迎头总粉尘浓度范围为3 0 0 10010001008060402001001 0005.9314.2415.0629.370.7100/(m/kg)778.32725.91440mg/m，总粉尘浓度在掘进机机身后5m处的回风侧最高，其次是抽出式风筒入口处和掘进机司机处；呼吸性粉尘浓度范围为13 5 2 2 5mg/m，抽出式风筒入口处粉尘浓度最高，其次是回风侧和掘进机司机处。不同范围内的粉尘占比最多的是大于10 m的颗粒粉尘,最少的是0 2 m的最小粒径颗粒。抽出式风筒入口处的呼吸性粉尘占比最高，其次是掘进机司机处和回风侧掘进机机身后5m处。参考文献：1王晓珍,蒋仲安,王善文,等.煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟J.北京：煤炭学报，2 0 0 7,3 2(4)：386-390.2聂文,马骁，程卫民，等.通风条件影响长压短抽掘进面粉尘扩散的仿真试验J.长沙：中南大学学报（自然科学版）,2 0 15,46（9)：3 3 46-3 3 53.3金龙哲,蒋仲安，张文平,等.粉尘分散度直接测定方法的研究J.北京：煤炭科学技术，1998,2 6（4)：9-11.4】中华人民共和国卫生部.工作场所空气中粉尘测定第2部分：呼吸性粉尘浓度S.2007.5】中华人民共和国卫生部.工作场所空气中粉尘测定第3部分：粉尘分散度S.2007.6国家安全生产监管管理总局煤矿井下粉尘综合防治技术规范S.2006.7】中华人民共和国卫生部.工作场所空气中粉尘测定第1部分：总粉尘浓度S.2007.作者简介：葛宇（198 7 一），男，山西阳泉人，2 0 2 1年毕业于太原理工采矿工程专业，通风助理工程师，现从事通风管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 9编辑：彭呈喜