綜合機械化掘進工作面綜合除塵系統設計

摘 要：本文研究的除塵系統是根據空氣幕控塵原理，采用長壓短抽的通風方式，結合濕式除塵機除塵。降塵效果分析可將綜掘工作面的粉塵濃度（特別是可呼入性粉塵）降低到《煤礦安全規程》標準以下。本文研究的綜合通風除塵系統特點是在滿足綜掘工作面的瓦斯稀釋條件下，對粉塵進行高效控塵及除塵。

關鍵詞：綜掘工作面；空氣幕；風流場；濕式除塵

1.綜合機械化掘進工作面綜合除塵系統設計

為從根本上消除掘進工作面的粉塵污染，本項綜掘除塵裝置系統設計的掘進巷道通風采用長壓短抽通風除塵系統較為適宜。長壓短抽通風除塵系統技術方案論證的重點是：在保證工作面降塵效果及《煤礦安全規程》有關要求的基礎上，既不影響工作面正常掘進又便于除塵系統的安裝、布置、使用和維護。長壓短抽通風方法，新鮮風流由壓入式局部通風機經風筒送進工作面，并清洗工作面，將含瓦斯和粉塵的污風經風筒吸入口進入除塵機凈化處理，凈化后的空氣排至巷道中。這種通風方式能使工作面獲得足夠風量稀釋瓦斯，有利于控制瓦斯。但是其除塵效果略遜于單一抽出式和長抽短壓式的除塵效果，只能解決抽出式風機至工作面這一段煤塵，抽出式風機以后的巷道全部是回風。若抽出式除塵風機除塵效果差，則抽出式風機以后的巷道粉塵污染就比較嚴重，而且如果壓入風量不能滿足供風要求時，該種通風方式風筒重疊段的巷道內容易產生微風和循環風，造成粉塵和瓦斯積聚現象。長壓短抽通風除塵系統如圖2-1

在采用長壓短抽通風方式時，滿足綜掘工作面風量要求的基礎上，本項系統設計的掘工作面綜合通風除塵流場將會解決長壓短抽通風方法中出現的抽出式風機以后的巷道全部是回風及抽出式風機以后的巷道粉塵污染比較嚴重現象，減少風筒重疊段的巷道內容易產生的微風和循環風。

在煤及半煤巖綜掘工作面中，為實現控制瓦斯不超限，粉塵濃度降低到最小值的目的，設計根據瓦斯的涌出量進行合理調風，根據工作面產塵的粉塵濃度進行風流場參數調控。風流場參數調控裝置簡單介紹，該裝置與壓入式風筒末端連接，置于工作面5～10m處。裝置由3個部分組成：風流分流裝置、風流風量參數調控裝置、噴霧裝置。

2.如何實現調風

根據綜掘工作面的瓦斯涌出量決定正向風量參數，通過風流風量參數調控裝置分配側向風量和正向風量大小，為實現稀釋綜掘工作面的瓦斯量，將瓦斯濃度降低到1%以下，實測工作面需要風量，通過風流風量參數調控裝置將正向風量達到工作面所需風量值。從而實現稀釋工作面瓦斯保證工作面安全通風。

3.如何實現控塵

在滿足工作面稀釋瓦斯安全通風的基礎上，根據綜掘工作面綜掘機割煤產塵的粉塵濃度決定側向風量參數。壓入式風機將新鮮風流壓入風流場參數調控裝置，通過風流分流裝置將風流分為側向風和正向風，再通過風流風量參數調控裝置調控側向風流風量大小，將側向風流在巷道斷面形成一道風幕，從而實現掘進迎頭產生的粉塵的控制在一個密閉空間中。

4.如何實現降塵及除塵

在滿足了上述綜掘工作面的瓦斯稀釋及對粉塵的控制，在風流場參數調控裝置內安裝了噴霧裝置，在高速的正向風流中加有噴霧效果，從而實現了對工作面粉塵的降塵效果。在風流場對煤塵的控塵作用下，將抽出式風筒的吸風口位置布置在綜掘機炮頭及鏟煤板之間，這樣抽出式風機有效地將粉塵吸入至除塵設備中，從而達到除塵的目的。

5.局部通風系統的設計原則

1） 礦井和采區通風系統設計應為局部通風創造條件；

2） 局部通風系統要安全可靠、經濟合理和技術先進；

3） 盡量采用技術先進的低噪、高效型局部通風機；

4） 壓入式通風宜用柔性風筒，抽出式通風宜用帶剛性骨架的可伸縮風筒或完全剛性的風筒。風筒材質應選擇阻燃、抗靜電型；

5） 當一臺風機不能滿足通風要求時可考慮選用兩臺或多臺風機聯合運行。

風流場參數調控裝置通風除塵流場參數：由壓入式風機供風風量（Q壓表示），由風流分流裝置分流的正向風量（用Q正表示），側向風量（用Q側表示），由抽出式風機抽出的負壓風量（用Q負表示），另外，側向風流的擴散作用將側向風流分為側向前向風量（用Q側前表示）和側向后向風量（用Q側后表示）。

風流參數關系：Q側=Q側前+Q側后（側向風流忽略能量損失）

Q壓=Q正+Q側 （壓入風量忽略能量損失）

Q壓>Q負 ， Q正< Q負

風流場參數確定后，即可滿足綜掘工作面瓦斯稀釋，又可以高效控塵，風量參數的調控是本設計的難點。

6.結論

通過理論分析表明，風流場參數調控裝置除塵系統是一種高效除塵技術，因此設計的風流場參數調控裝置除塵系統能凈化處理微細粉塵（呼吸性粉塵），且適合于有瓦斯的綜掘工作面中，得出如下結論：

（1）通過選擇長壓短抽式通風方式，有效解決綜掘機掘進通風問題，其關鍵是選擇高效、可靠的除塵風機和確定壓入式通風機的有效通風距離。

（2）在采用風流場參數調控裝置除塵系統與傳統壓風筒通風量相同的情況下，對迎頭不會形成直吹狀態，風流場不斷沖刷巷道周壁瓦斯，有效地防止了瓦斯聚集。風流場參數調控裝置產生的氣流中，有20%的新鮮風流流入重合段部分，有效地防止了瓦斯在該重合段的積聚，提高了系統的安全。

（3）基于目前的綜掘工作面采用通過控塵及除塵機除塵的問題主要是：控塵難、除塵效果不佳。該設計研究的綜掘工作面安全通風及高效捕塵系統，綜合了以上除塵系統的優點，在安全通風的基礎上，高效除塵。適合于有瓦斯的綜掘工作面中，系統體積小，便于移動，提高了綜掘工作面的掘進速度。

作者簡介：

祝大奎，1967年7月出生，本科學歷，助理工程師職稱，現任職于龍煤鶴崗礦業公司南山煤礦安全監察處主任工程師職務。