大采高綜采工作面粉塵運移規律研究

葉 飛 韓明超

（平煤股份十礦，河南 平頂山 467000）

在煤礦生產過程中，粉塵已經成為影響安全生產的主要災害之一，為探究綜采工作面的粉塵實際運移規律，我們實地考察了十礦北翼東區戊組下山第五區段戊9-10-21210 采面粉塵。該采面的實際情況如下：采面地面相對位置為馬棚山西南側，地面標高：+280～+340m；工作面標高：-470～-506m；工作面埋深：750～846m；工作面有效長：571.5m；傾斜寬：80～80.5m，平均80.2m；切眼斜長：81.1m。工作面中有4 條斷層的落差大于0.7m，且構造復雜。

1 綜采工作面的主要塵源及其分布

綜采工作面粉塵主要產生于采煤機切割煤體時對煤體擠壓、 研磨后的落煤以及支護設備移動時支架頂梁與頂板摩擦與擠壓。隨著煤礦產業的逐步發展，機械化作業越來越普遍，隨之而來的是粉塵污染問題。戊9-10-21210 采面使用電牽引采煤機割煤（MGTY-300/700-1.1D 型），斜切進刀方法雙向割煤；采煤機割煤時滾筒割煤，截齒對煤體的破碎、截割、擠壓、沖擊、滾筒中煤塊相互碰撞都會產生煤塵； 采面所用綜采液壓支架為ZY6400—23.5/45 型，在移架過程中可能會產生的粉塵，包括液壓支架降柱時、頂梁脫離頂板時、碎塊掉下時產生的粉塵；液壓支架前移時，碎矸從架間縫隙中掉下移動或頂板冒落或也會揚起粉塵。測試發現，采煤機割煤時產生的粉塵占整個工作面產塵量的70%左右，而液壓支架移架產生的粉塵占30%左右。

2 影響綜采工作面粉塵濃度的因素

影響綜采工作面粉塵產生量主要有以下一些因素：采煤方法和技術、煤巖的物理性質、煤層賦存條件、環境的溫度和濕度、礦井的地質構造、采煤機械化強度及各個產塵點的通風狀況等。有研究測試分析表明，煤體的水分越高、濕度較大時，產生的粉塵濃度較低。戊9-10-21210 采面處于-320 水平、東區戊組采區東翼最下部，回采前利用采面防突鉆孔殘孔提前煤體注水，在回采過程中架間噴霧，采煤機內、外噴霧的開啟，使工作面環境相對濕度升高，截割時產生的粉塵濃度相對降低。另外，當采煤機截深增大、截割速度降低時，粉塵濃度也會降低。在采面風速小于臨界速度的情況下，割煤時產生的粉塵濃度與風速成反比，隨著風速的遞減而呈遞增，一旦超過臨界風速，粉塵濃度則會隨風速增加而相應升高。研究還發現，粉塵的產生量除與綜采面的地質條件、煤巖性質、采煤機械、煤礦產量等因素有關外，還與采取的綜合防塵措施以及其產生的效果好壞有很大關聯。

3 綜采工作面粉塵運移規律的研究

目前，研究綜采工作面粉塵運移規律的方法主要有兩種，一是現場測定，統計分析。通過現場布置測塵點或在模擬巷道進行測試，獲得數據如測定各點的粉塵濃度等，然后進行統計分析，最終得出粉塵運移分布規律。本采面通過現場測定，摸清了綜采工作面的粉塵分布規律：綜采工作面采煤機割煤時，不同地點的粉塵濃度變化不同。戊9-10-21210 的采空區和采面分別使用的是全部垮落法、走向長壁后退式法來運作的，其工作面采面使用55 組ZY6400-23.5/45 型綜采液壓支架，架間距1.5m。移架步距為0.6m，移架后頂板自行垮落填充采空區。考察發現采煤機進風側15m 左右移支架作業時，產生的粉塵濃度較高，使得采煤機中部的粉塵濃度增大。俞輝等[1]主要對綜采工作面的粉塵濃度進行了現場實測，測定割煤、移架、放頂等不同條件下的粉塵濃度[1]。結果表明，割煤、移架和放頂時產生粉塵的運動趨勢是一致的，其濃度都是先快速上升，達到最大值后再迅速減小，最后達到穩定。研究還發現，不同工序所產生的粉塵的濃度值有較大的差距。二是通過分析工作流場中粉塵顆粒的受力狀態，在電腦內采用專業軟件根據氣固兩相流原理建立關于綜采工作面粉塵分布的數學模型。目前在粉塵模擬方面應用較多的為離散相模型，其實質上屬于歐拉-拉格朗日模型。秦躍平等[2]結合流體力學、氣固兩相流理論和射流理論等相關理論，采用FLUENT 模擬技術，研究 “長壓短抽” 式除塵通風時掘進巷道中粉塵運移和分布規律。結果發現，在長壓短抽式通風的條件下，粉塵會向抽出風筒一側的巷道去運動，這樣就使大部分的粉塵聚集在了那里，其引射作用是與風量呈正相關的。另外，在壓入風筒離掘進面近的時候，也會造成排塵效果比較低。但是，在某些情況下是可以達到降低粉塵的效果的。例如，當抽出筒離地面近時，粉塵擴散的范圍和其濃度都會有明顯減小； 在送風量一定的時候，抽吸比越大，巷道中的粉塵越小，如果能夠使抽吸比控制在大于一的條件下，粉塵濃度會有明顯降低。所以，采用壓風分流的措施對降低巷道中的粉塵濃度及擴散范圍有極大促進作用，是目前降低粉塵的一項好方法，值得推崇。

4 結論

目前，我國煤礦除塵效率較高的儀器設備使用較少，采用的防塵技術也不完善，導致采煤工作面粉塵的濃度及擴散范圍普遍達不到要求，合格率不高。所以，我們應及時提高作業水平，降低粉塵濃度是一項必須要完成的任務。客觀的認識我國當前煤炭企業的現狀，找出問題及其解決措施，用科學的方法探索采煤工作面粉塵的運動規律、擴散機理和濃度分布，消除煤塵爆炸等安全隱患，保證安全生產和工人的健康，使企業獲得更大的經濟效益。

[1]俞輝，蔣仲安，劉毅.綜采工作面粉塵運移規律的研究[J].中國煤炭，2008，34(9):64-66.

[2]秦躍平，張苗苗，崔麗潔，等.綜掘工作面粉塵運移的數值模擬及壓風分流降塵方式研究[J].北京科技大學學報，2011，33(7):790-795.