綜掘面分風裝置應用及粉塵濃度分布規律研究

梁春豪

(山西焦煤(集團)有限責任公司，山西 太原 030053)

煤礦在生產過程中，綜掘面產生的粉塵占有很大的比例，達到20% ～38%，近年來，隨著綜掘機械化程度和生產強度的提高，煤礦采掘工作面的粉塵產生量急劇上升，嚴重危害礦工的身體健康和煤礦安全。為此，西山煤電股份公司馬蘭礦與中國礦業大學(北京)合作，在綜掘18308工作面等地點安裝分風降塵裝置，通過對現場粉塵濃度的測試結果顯示，在安裝分風裝置后粉塵濃度明顯下降，降塵效果良好。

1 分風降塵裝置

綜掘面分風降塵裝置是通過調節分風裝置開口角度從而實現掘進頭的風量分配，利用可調節的分風裝置對風機供風量進行分流，通過分流出來的風流阻止掘進頭粉塵的擴展，從而將整個掘進空間的粉塵壓縮到端頭很小的范圍，該范圍小于等于除塵風機吸入流場范圍，進而形成一種全新的工作面通風除塵系統。

分風裝置巷道局部通風應用示意圖見圖1。

圖1 分風裝置巷道局部通風應用示意圖

由圖1可見，系統由風機1、除塵風機2、分風裝置3和風筒4構成。該系統分為工作狀態和非工作狀態，工作狀態時，除塵風機2和分風裝置3工作。除塵風機開啟同時啟動分風裝置上的氣動閥，分風裝置改變金屬圓筒活動端開口大小，進行分風風量調節;非工作狀態時，除塵風機2和分風裝置3停止工作。除塵風機關閉使得分風裝置上的氣動閥關閉，風流直接通過風筒到達掘進頭。

2 現場第一次測試

第一種情況:風筒直徑為800 mm，壓入風量440 m3/min，分風風量100 m3/min，抽風口距迎頭26.36 m，掘進機高1.759 m，寬 2.3 m，長 4.469 m，風筒下沿距底板2.04 m，距頂板1.186 m，分風口寬度36 cm，分風口到迎頭距離17.2 m，風筒出口到掘進頭6.2 m。在此情況下，通過現場實測，得到綜掘面粉塵濃度分布表見表1。

表1 粉塵濃度測定結果表 mg/m3

2.1 粉塵的沿程變化

綜掘面距壓風測不同位置粉塵濃度沿程分布圖見圖2。

圖2 綜掘面距壓風測不同位置粉塵濃度沿程分布圖

由粉塵實測數據及圖2可知:在沿程方向上，由掘進面向外，粉塵總體的趨勢仍是降低的，但在進回風側有所不同，在進風側粉塵的濃度先升高，達到最高值，后逐步降低，最終趨勢比較平緩，最大值可以達到350 mg/m3;而在回風側，粉塵濃度分布趨勢開始是逐漸降低的，但又逐漸上升，之后呈現逐漸降低的趨勢，這種趨勢的主要原因是因為體積較大的掘進機作用，使得粉塵在巷道兩側的分布又有所升高。

2.2 同一斷面粉塵的分布規律

綜掘面距工作面不同距離粉塵濃度分布圖見圖3。

圖3 綜掘面距工作面不同距離粉塵濃度分布圖

由實測數據和圖3可知:由壓入側煤壁向回風側煤壁沿程上，粉塵濃度總體是增大的，具體過程是:粉塵濃度逐漸升高，到距壓風側1.5 m處達到一個粉塵較高值，然后濃度有所下降，接著又升高，在距壓入側達到又一個較高值;在和之前壓入式通風現場條件基本一致的情況下，加裝分風器和除塵風機后，粉塵的濃度并沒有明顯的降低，主要原因是分風量偏小，對巷道的粉塵影響作用也較小。此外，由于除塵風機進風口布置在距迎頭26.36 m處，離掘進面過遠，對于綜掘面開始段粉塵影響甚微，同時也超出了測塵的范圍，所以，綜掘面的粉塵濃度沒有因為有分風器和除塵風機的存在而有明顯的降低。

3 現場第二次測試

壓入風量440 m3/min，分風風量100 m3/min，抽風口距迎頭10.488 m，出風口距掘進頭距離9.025 m，風筒下沿距頂板1.22 m，除塵風機距掘進頭10.488 m，分風口距除塵風機抽風口 9.121 m，出風口風速下 11.9 m/s，左 10.2 m/s，右 11.7 m/s，上12.8 m/s，中13.2 m/s，分風口0°0.5 m/s，45°0.9 m/s，90°4 m/s，分風口前方 20 cm 左右 0°1 m/s，45°0.9 m/s，90°0.8 m/s。通過現場實測，結果見表 2 和表3。

表2 粉塵濃度測定結果 mg/m3

表3 風速大小測定結果 m/s

綜掘面距壓風壁不同位置粉塵濃度沿程分布圖見圖4。

圖4 綜掘面距壓風壁不同位置粉塵濃度沿程分布圖

由圖4可以看出:

1)相比現場第一次壓抽分風通風，在其它基本條件不變的情況下，抽風口向工作面移動后，現場實測的粉塵濃度總體相比下降了許多，主要是因為抽風口前移，同時在分風裝置的有效作用下，綜掘面產生的粉塵在沒有大量擴散之前就被抽風筒吸入，使得綜掘面空間粉塵濃度總體相比有所下降。

2)在壓入側粉塵濃度變化趨勢是逐漸上升到最大值150 mg/m3左右，之后逐漸下降，在回風側粉塵濃度也同樣大致呈現這樣的趨勢，20 m后粉塵濃度降低趨勢平穩。

3)回風側粉塵濃度仍然要高于壓風側的粉塵濃度。

4 結論

1)設計了兩種綜掘面粉塵測試方案，一種是全斷面測試，另一種是呼吸帶測試，實現了整體和局部研究相結合，加深了對粉塵分布規律的認識。

2)隨著距掘進面沿程距離的增大，粉塵濃度不斷減小，在同一斷面，壓風側粉塵濃度要低于回風側粉塵的濃度。

3)綜掘面呼吸帶粉塵濃度分布規律是:在同一斷面，壓風側粉塵濃度要低于回風側粉塵濃度，主要是因為風流的作用，使得粉塵大部分被帶到回風側，使回風側粉塵濃度相對較高，而后，由回風側慢慢向進風側擴散;隨著距掘進面沿程距離的增大，粉塵濃度很快達到最高值，而后粉塵濃度逐漸降低，這是由于掘進面附近風速相對較大，隨著風流粉塵不斷的飛揚，導致粉塵擴散，綜掘面粉塵濃度上升，而隨著風流的減弱和較大粉塵顆粒的重力作用，粉塵逐漸的沉降，粉塵濃度隨之降低。

4)在壓風口距掘進面距離、各風量不變的情況下，分風裝置距掘進面的距離和抽風口距掘進面的距離對降塵效果有主要影響，相比之下，抽風口離綜掘面越近，除塵效果越好，而分風距要離綜掘面距離不能超過除塵風機的出風口，這樣效果比較明顯。