掘进工作面粉尘处理措施浅谈

王 威

(1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西太原 030006）

0 引言

随着国家“十三五”规划对于煤炭产业政策的调整，近年来煤炭生产集约化、规模化水平显著提升，各大矿务局纷纷开始进行资产重组和企业兼并，同时对井下掘进方式和配套工艺进行改造优化，以提高煤炭企业的生产能力和巷道掘进速度，同时兼顾现场操作人员的身体健康。

随着掘进速度的提高，掘进工作面将会产生大量粉尘和尘土，严重危害掘进工作面操作人员的身体健康。各煤炭集团为改善操作人员的劳动环境和降低职业病危害，在各个掘进工作面都布置有除尘装备。但受到各种因素的影响，保证掘进工作面布置的除尘装备能够有效的降低工作面的粉尘浓度显得尤为重要。

鉴于掘进过程中控制掘进工作面内粉尘浓度的要求，以下主要对掘进机的机载除尘系统进行分析研究和测试，并对整套掘进工作面的除尘系统进行深入研究和探讨，通过模拟巷道对除尘效果进行测试分析，找出行之有效的降尘方法和降尘措施，改善掘进工作面的工作环境。

1 机载除尘系统组成及工作原理

1.1 机载除尘系统组成

巷道掘进工作面主要有掘进设备、除尘风筒、供风风筒和排污泵组成，但是此系统对于处理掘进工作面产生的粉尘能力较低，因此煤机生产制造单位将机载除尘系统集成至整机上。大致有两种配套方式：一种是将除尘器布置在带式转载机尾，另一种是布置在掘进机的机尾滑靴上，两种方式都需要掘进机进行拖拽和牵引前进。

掘进机机载除尘系统包含有除尘系统进风口、除尘风道、除尘器、除尘排污泵、除尘附壁风筒和排风风筒等。

1.2 综掘机除尘系统工作原理

掘进机进行巷道掘进过程中，需要先开启掘进工作面的供风风筒，掘进机前进至掘进区域，掘进机开启工作时将布置在巷道右侧的附壁风筒的风门关闭，通过供风风筒进入掘进工作面的风流依靠附壁风筒的侧风门进行改向，此时从供风风筒进入掘进工作面的风流依靠附壁风筒的改向作用在掘进工作面上形成一道屏障，此屏障将掘进过程中产生的粉尘压制在掘进工作面最前端，使用机载除尘器进行粉尘处理。

一个掘进循环完成后，附壁风筒将打开其风门，通过供风风筒进入掘进工作面的风流进入附壁风筒中，形成掘进工作面的空气气流为掘进工作面供风，将掘进工作面产生的粉尘和未处理掉的粉尘通过风流转运至外部进行处理。

2 综掘机粉尘的扩散机理

对掘进机在截割过程中产生的粉尘进行分析，同时结合现场计算得到的相关数据进行分析，大致可以将截割头产生的粉尘分为粉尘产生区、粉尘集中区、粉尘扩散区和粉尘析出区共4个区域。其中最前端截割头在生产过程中会产生大量的粉尘，此处称为粉尘产生区；粉尘逐步向外扩撒，其中截割头附件的粉尘浓度较大，此区域一般被称作粉尘集中区，此区域的粉尘主要集中在截割头；粉尘将会随着巷道中的气流向掘进的后方即掘进机司机和现场其余操作人员的方向移动，产生的粉尘大量扩散至巷道中，此处称为粉尘扩撒区，一般降尘措施也在这个区域内进行。井下实际掘进过程中发现粉尘扩散区的粉尘浓度达到设定值后，粉尘除尘器将无法将多余的粉尘通过粉尘除尘器进行处理，此时多余的粉尘将会跨过粉尘除尘器向其后方进行扩散，污染巷道中的空气，造成巷道中的粉尘浓度上升，除尘系统无法处理掘进过程中产生的粉尘，造成除尘系统整体失效。

3 掘进机机载除尘测试

试验开始时首先开启供风风机，运行1 min 后关闭右侧巷道上方的附壁风筒风门，掘进机开始掘进的同时开启机载除尘风机，运行5 min 后开始进行测量。

3.1 供风风机吸风口前侧的风速测量

在试验过程中选取其中8 个测量风速点进行风速测量，测试结果见表1。

表1 吸风口测量点风速

3.2 掘进机进风口风速测量

在掘进除尘系统中，选取15 个风速测量点进行测量。结合表1 的测量点风速，整套掘进除尘系统进风口的风速相对均匀，基本满足设计初期的设计要求。

3.3 掘进工作面粉尘浓度测量

风速测量的试验完成之后，将除尘风机和供风风机关闭，同时对整套除尘系统的各个部件进行检查和恢复，待一切准备完成后同时安排掘进机司机进入驾驶位置开始模拟，此时粉尘测试人员进入测试区域开始进行粉尘浓度测试。按照预先的设定区域分别到除尘器吸风口、掘进机后方、附壁风筒的出风口处、掘进机吸风口处和除尘器排风口处。

由表2 可见，除尘器测点的浓度较大，证明产生的粉尘被全部吸入除尘器中，而掘进机后方的测试点粉尘浓度相对较低，证明除尘器将截割产生的粉尘全部吸入至除尘器中，降低了巷道中的粉尘浓度，基本满足粉尘的控制要求。同时通过布置在掘进机左侧和除尘出风口的测试结果分析，证明掘进机的机载除尘器能够很好地将粉尘进行过滤，基本满足掘进巷道的掘进需求，实现掘进工作面的粉尘处理。

表2 掘进巷道内测量点粉尘浓度 mg/m3

4 机载除尘系统优化改进

通过计算可知除尘器风量损失较大，需对除尘器进行流体分析进行优化。对机载除尘系统进行分析时，由于气流的不稳定性，分析时需借用流体分析软件对风流进行分析，建立模拟气流分析模型，同时对模型进行简化。流速云图如图1 所示。

由图1 可见，在除尘器吸风口的流速存在较大差异，而且在此区域形成涡流现象，整个除尘系统的转弯处流场相对较复杂，此处的流速也相对较高，因此在实际设计过程中在此处增加导流夹板进行优化改进，避免形成涡流现象。

图1 流速云图

5 结论

掘进机首次将除尘系统集成于掘进机上，为了研究除尘系统的各项参数，在模拟巷道中对各个除尘系统进行分析测试。同时对掘进工作面在截割过程中的粉尘进行分析研究，验证其计算结果并总结粉尘损失原因，提出相应的改进措施。