掘進機掘進作業(yè)中除塵器性能研究

王小佩

（西山煤電集團屯蘭礦，山西 古交 030206）

引言

粉塵是采礦過程中產生的有害物質，會對礦工的健康產生影響。煤礦工人患塵肺病（CWP），通常稱為黑肺病，是工人長期吸入煤塵并在肺部沉積，造成人衰弱且不可逆的肺部疾病。吸入過量的塵埃顆粒（＜10 μm）會在肺泡區(qū)域形成疤痕組織，導致疾病在晚期發(fā)展為大規(guī)模纖維化。除此之外，浮煤粉塵（＜75 μm）更是一種安全隱患，如果浮煤量不足以在礦井表面沉降，在空氣中漂浮則可能使礦井爆炸。

本文針對掘進機存在的除塵問題，使用連續(xù)的粉塵監(jiān)測器（CPDM）來實時連續(xù)監(jiān)測在地下礦山工人周圍的可吸入粉塵濃度，搭建回歸模型，對除塵器性能進行分析，并提出改進措施。

1 粉塵監(jiān)測方法

灰塵濃度測量是通過結合ThermoFisher Scientific 3600 型粉塵監(jiān)測器（PDM）和3700 型設備進行的，如圖1 所示。PDM3600 是PDM3700 的前身，主要差異在于PDM3600 頭燈、為頭燈供電的電池以及安裝在頭燈上的灰塵入口。每臺都是經批準可用于地下實時監(jiān)測的灰塵監(jiān)測儀，PDM 3700 符合最新的MSHA灰塵法規(guī)的采樣要求。所需采樣的位置數量多，3600 型和3700 型兩種儀器PDM 均可被使用[1-3]。

圖1 ThermoFisher Scientific 粉塵監(jiān)測儀

圖2-1 顯示了沿長壁廊道表面的12 個灰塵測量位置，在閘門鼓附近放置間隔布，以采集最近切碎的煤，這些煤將堆積在閘門鼓附近的裝甲面輸送機上。圖2-2 顯示了懸掛在回程中的4 個PDM相對于回程氣道的地板、天花板和側面的位置。表1 顯示了灰塵監(jiān)測器相對于高位鼓的表面、地板和輪轂的距離。

表1 相關的粉塵監(jiān)測距離 m

圖2 沿工作面和返回氣道的粉塵監(jiān)測位置

本文研究的粉塵為某公司生產的低比重，細磨的礦物黑325BA。通過觀察運行中的長壁，并研究運行中的視頻，以確定適合在集塵室進行測試的噴粉位置。這些結果表明，可以通過在3 個位置注入灰塵來獲得觀察到的灰塵圖案。灰塵注入點1 位于弧形表面的中間，該弧形表面代表了閘門滾筒的有效切煤位置。注入點2 是直徑為102 mm（4.0 英寸）的波紋管，位于距工作面0.45 m（18 英寸）、距地面1.02 m（40 英寸）和距中心約0.53 m（21 英寸）的位置。弧線灰塵注入點3 是從7.6 cm×30.5 cm（3 英寸×12 英寸）的矩形開口，該矩形位于安裝在頂板檢修臂上的木箱底部的開口處。位置2 和3 表示通過從閘門滾筒流到裝甲工作面輸送機（AFC）的切煤的作用而帶入到空氣中的灰塵，如圖3 所示。

圖3 塵埃注入位置

通過平方和均方、效果和系數的估計，分析對溢流床除塵器性能影響最大的因素。確定浮煤粉塵與除塵器間重要的交互作用。隨后，進行顯著性測試以確定哪些系數與0 有顯著差異，然后將有效系數用于創(chuàng)建回歸模型。通常可以使用F 檢驗來確定顯著性水平，t 統(tǒng)計量用于確定顯著性水平，具有d 個自由度的t 隨機變量是具有一個分子和d 分母自由度的F 隨機變量。因此，將t 統(tǒng)計量的絕對值與t 分布進行比較的檢驗等同于F 檢驗。本文使用JMP 統(tǒng)計分析軟件進行分析，并使用t 檢驗確定顯著性水平，P 值＜0.01 表示其顯著性。

2 粉塵監(jiān)測結果

掘進機清潔系統(tǒng)通過使用物理屏障并噴水將灰塵引向面部的方式來減少人行道中的灰塵。但該系統(tǒng)不能從氣流中去除可吸入的灰塵，分流臂噴霧器主要將灰塵引離人行道，但不會在水滴中捕獲大量灰塵。因此，在分流器臂噴灑開啟的情況下，回程中的灰塵濃度將適度降低，而使人行道上的灰塵濃度顯著降低。

表2 顯示了分離臂噴淋開啟時人行道灰塵減少的回歸模型。對模型的檢查顯示平均除塵量為91.5%，并且主要影響和相互作用較小。該模型的確定系數為0.60，這是所有模型中最低的，表明與其他模型相比，此模型的變異性較小。洗滌器的最佳性能是當洗滌器容量處于較高水平、進氣口延長管已取、面風速度處于較低水平。分離臂將灰塵多的空氣噴向臉部，由于噴霧大致垂直于面部氣流，因此噴霧應以較低的面部空氣流速重新引到空氣。由于洗滌器入口處為負壓，洗滌器工作（特別是在高容量時）將有助于將空氣從人行道帶出。在這種情況下，進氣口延長的作用并不明顯。使用擴展模塊，可以在灰塵擴散之前捕獲灰塵。然而，在去除延伸部的情況下，特別是在較高的面風速度下，洗滌器的負壓將灰塵從人行道中拉走一段較長的距離，從而有助于分離臂的噴霧效果[4-9]。

表2 分流臂噴淋開啟的返回和人行道回歸模型和確定系數

3 結論

在實驗室環(huán)境中集成到掘進機中的除塵器可以有效減少空氣中可吸入的粉塵。結果表明，對模型的檢查顯示平均除塵量為91.5%，并且主要影響和相互作用較小。該模型的確定系數為0.60，洗滌器的最佳性能是：洗滌器容量處于較高水平、進氣口延長管已取、面風速度處于較低水平。分離臂將灰塵多的空氣噴向臉部，由于噴霧大致垂直于面部氣流，因此噴霧應以較低的面部空氣流速更有效地重新引導空氣。