掘進工作面粉塵處理措施淺談

王 威

(1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司，山西太原 030006）

0 引言

隨著國家“十三五”規劃對于煤炭產業政策的調整，近年來煤炭生產集約化、規模化水平顯著提升，各大礦務局紛紛開始進行資產重組和企業兼并，同時對井下掘進方式和配套工藝進行改造優化，以提高煤炭企業的生產能力和巷道掘進速度，同時兼顧現場操作人員的身體健康。

隨著掘進速度的提高，掘進工作面將會產生大量粉塵和塵土，嚴重危害掘進工作面操作人員的身體健康。各煤炭集團為改善操作人員的勞動環境和降低職業病危害，在各個掘進工作面都布置有除塵裝備。但受到各種因素的影響，保證掘進工作面布置的除塵裝備能夠有效的降低工作面的粉塵濃度顯得尤為重要。

鑒于掘進過程中控制掘進工作面內粉塵濃度的要求，以下主要對掘進機的機載除塵系統進行分析研究和測試，并對整套掘進工作面的除塵系統進行深入研究和探討，通過模擬巷道對除塵效果進行測試分析，找出行之有效的降塵方法和降塵措施，改善掘進工作面的工作環境。

1 機載除塵系統組成及工作原理

1.1 機載除塵系統組成

巷道掘進工作面主要有掘進設備、除塵風筒、供風風筒和排污泵組成，但是此系統對于處理掘進工作面產生的粉塵能力較低，因此煤機生產制造單位將機載除塵系統集成至整機上。大致有兩種配套方式：一種是將除塵器布置在帶式轉載機尾，另一種是布置在掘進機的機尾滑靴上，兩種方式都需要掘進機進行拖拽和牽引前進。

掘進機機載除塵系統包含有除塵系統進風口、除塵風道、除塵器、除塵排污泵、除塵附壁風筒和排風風筒等。

1.2 綜掘機除塵系統工作原理

掘進機進行巷道掘進過程中，需要先開啟掘進工作面的供風風筒，掘進機前進至掘進區域，掘進機開啟工作時將布置在巷道右側的附壁風筒的風門關閉，通過供風風筒進入掘進工作面的風流依靠附壁風筒的側風門進行改向，此時從供風風筒進入掘進工作面的風流依靠附壁風筒的改向作用在掘進工作面上形成一道屏障，此屏障將掘進過程中產生的粉塵壓制在掘進工作面最前端，使用機載除塵器進行粉塵處理。

一個掘進循環完成后，附壁風筒將打開其風門，通過供風風筒進入掘進工作面的風流進入附壁風筒中，形成掘進工作面的空氣氣流為掘進工作面供風，將掘進工作面產生的粉塵和未處理掉的粉塵通過風流轉運至外部進行處理。

2 綜掘機粉塵的擴散機理

對掘進機在截割過程中產生的粉塵進行分析，同時結合現場計算得到的相關數據進行分析，大致可以將截割頭產生的粉塵分為粉塵產生區、粉塵集中區、粉塵擴散區和粉塵析出區共4個區域。其中最前端截割頭在生產過程中會產生大量的粉塵，此處稱為粉塵產生區；粉塵逐步向外擴撒，其中截割頭附件的粉塵濃度較大，此區域一般被稱作粉塵集中區，此區域的粉塵主要集中在截割頭；粉塵將會隨著巷道中的氣流向掘進的后方即掘進機司機和現場其余操作人員的方向移動，產生的粉塵大量擴散至巷道中，此處稱為粉塵擴撒區，一般降塵措施也在這個區域內進行。井下實際掘進過程中發現粉塵擴散區的粉塵濃度達到設定值后，粉塵除塵器將無法將多余的粉塵通過粉塵除塵器進行處理，此時多余的粉塵將會跨過粉塵除塵器向其后方進行擴散，污染巷道中的空氣，造成巷道中的粉塵濃度上升，除塵系統無法處理掘進過程中產生的粉塵，造成除塵系統整體失效。

3 掘進機機載除塵測試

試驗開始時首先開啟供風風機，運行1 min 后關閉右側巷道上方的附壁風筒風門，掘進機開始掘進的同時開啟機載除塵風機，運行5 min 后開始進行測量。

3.1 供風風機吸風口前側的風速測量

在試驗過程中選取其中8 個測量風速點進行風速測量，測試結果見表1。

表1 吸風口測量點風速

3.2 掘進機進風口風速測量

在掘進除塵系統中，選取15 個風速測量點進行測量。結合表1 的測量點風速，整套掘進除塵系統進風口的風速相對均勻，基本滿足設計初期的設計要求。

3.3 掘進工作面粉塵濃度測量

風速測量的試驗完成之后，將除塵風機和供風風機關閉，同時對整套除塵系統的各個部件進行檢查和恢復，待一切準備完成后同時安排掘進機司機進入駕駛位置開始模擬，此時粉塵測試人員進入測試區域開始進行粉塵濃度測試。按照預先的設定區域分別到除塵器吸風口、掘進機后方、附壁風筒的出風口處、掘進機吸風口處和除塵器排風口處。

由表2 可見，除塵器測點的濃度較大，證明產生的粉塵被全部吸入除塵器中，而掘進機后方的測試點粉塵濃度相對較低，證明除塵器將截割產生的粉塵全部吸入至除塵器中，降低了巷道中的粉塵濃度，基本滿足粉塵的控制要求。同時通過布置在掘進機左側和除塵出風口的測試結果分析，證明掘進機的機載除塵器能夠很好地將粉塵進行過濾，基本滿足掘進巷道的掘進需求，實現掘進工作面的粉塵處理。

表2 掘進巷道內測量點粉塵濃度 mg/m3

4 機載除塵系統優化改進

通過計算可知除塵器風量損失較大，需對除塵器進行流體分析進行優化。對機載除塵系統進行分析時，由于氣流的不穩定性，分析時需借用流體分析軟件對風流進行分析，建立模擬氣流分析模型，同時對模型進行簡化。流速云圖如圖1 所示。

由圖1 可見，在除塵器吸風口的流速存在較大差異，而且在此區域形成渦流現象，整個除塵系統的轉彎處流場相對較復雜，此處的流速也相對較高，因此在實際設計過程中在此處增加導流夾板進行優化改進，避免形成渦流現象。

圖1 流速云圖

5 結論

掘進機首次將除塵系統集成于掘進機上，為了研究除塵系統的各項參數，在模擬巷道中對各個除塵系統進行分析測試。同時對掘進工作面在截割過程中的粉塵進行分析研究，驗證其計算結果并總結粉塵損失原因，提出相應的改進措施。