羅 兵

（霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦，山西 霍州 031400）

引言

綜采法的廣泛應用滿足了行業(yè)對煤炭能源的需求，但也導致了生產現(xiàn)場粉塵產量的急劇增加[1]。據(jù)研究，綜采工作面粉塵產量占礦山總產量的60%～80%[2]。采煤工作面部分區(qū)域粉塵質量濃度超過3 000 mg/m3，遠遠超過國家衛(wèi)生標準。

目前，煤層注水潤濕技術、噴霧抑塵和通風抑塵是綜采工作面防治粉塵污染的主要措施[3]。Hu 等人對瓦斯抽采鉆孔注水技術進行了研究，探討了注水量、注水速率、煤層含水率和煤塵量之間的關系。此外，Dung 等人對煤層的應用效果進行了評價，對同一煤層不同工作面注水技術進行了試驗研究。然而，煤層注水技術存在鉆井難度大、定向鉆井難度大、注水工藝設備復雜等缺點[4]。

鑒于目前的除塵現(xiàn)狀，考慮到經(jīng)濟性、實用性、易用性等因素，具有高度針對性的除塵技術已成為發(fā)展趨勢[5]。因此，本文以降低粉塵濃度極高的采煤機駕駛員工作區(qū)粉塵濃度為研究重點，創(chuàng)新性地開發(fā)了面向綜采工作面的帶除塵風機的有針對性風幕降塵技術。

1 風幕除塵技術對氣流運動的影響

1.1 應用除塵技術前的氣流場

由圖1 可以看出，進風口下游70 m 區(qū)域內氣流場相對穩(wěn)定，風速在1.5 m/s 左右。由于超前支架的影響，氣流受到干擾，進風口轉角風速超過2 m/s。隨著進風角氣流方向的改變，超前支護完井區(qū)下游5 m區(qū)域內氣流狀態(tài)混亂，風流率較高。

圖1 風速數(shù)據(jù)前應用降塵技術

不推進支護區(qū)內巷道規(guī)則、寬。在煤壁和液壓支架受阻的情況下，氣流場能量損失逐漸增大，氣流速率降低;此外，巷道的風速下降到0.5 m/s，人行道下降到0.15 m/s。回風角迎風側50 m 區(qū)域的氣流返回到采煤區(qū)，采煤區(qū)風速逐漸增大，回風角風速增大到2.6 m/s。不推進支援區(qū)總體風速呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。在回風角下游40 m 區(qū)域，由于先進支架、分級裝載機和破碎機的存在，氣流運動受到干擾，風速變化較大，設備上方風速超過2 m/s 之后，氣流場逐漸穩(wěn)定，在出風口附近風速在1.6 m/s 左右有輕微波動。

1.2 應用除塵技術后的氣流場

通過模擬，確定了采用除塵技術后的氣流場狀況，并與未采用除塵技術時的氣流場狀況進行了比較。從而確定了該工藝對氣流場的影響。

應用抑塵技術前后綜采工作面風流總體變化不大;進風口的風速也在1.5 m/s 左右，進風口轉角的人行通道的風速在2 m/s 以上。如圖2 所示，回風道的氣流流動也基本相似。兩者相差較大的區(qū)域是前進支援區(qū)。在除塵技術應用之前，采煤機附近的風速不超過1.2 m/s。然而，在該技術應用后，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，兩者之間形成了一個三角形的高風速區(qū)采煤機機身和巷道，風速超過2 m/s，與周圍氣流有較大的速度梯度差。

圖2 風速數(shù)據(jù)后應用降塵技術

通過對比降塵技術應用前后采煤機附近的氣流場，詳細闡明了風機對綜采工作面氣流的影響。氣流的流動狀態(tài)用箭頭表示，箭頭的方向表示氣流的流動方向，顏色表示風速。

除塵技術應用后，在風機出風口后方形成了高速氣流，風速超過2 m/s。由于高速氣流與周圍氣流之間存在較大的速度梯度差，高速氣流場在流動過程中不斷發(fā)生變化，其速度逐漸減小，流動橫截面積逐漸增大。

2 風幕除塵技術在減少環(huán)境粉塵污染方面的有效性

2.1 綜采工作面應用降塵技術前后粉塵濃度的總體變化

如圖3 所示，應用除塵技術后，粉塵質量濃度在3 000 mg/m3以上的區(qū)域附近的沙塵含量大大降低，沙塵質量濃度迅速下降到1 000 mg/m3，降低了超前支護區(qū)粉塵質量濃度。駕駛員主要活動區(qū)域呼吸區(qū)粉塵質量濃度約為200 mg/m3。因此，風幕下風側的粉塵質量濃度迅速增加到1 000 mg/m3。采煤機前輥的粉塵質量濃度仍在3 000 mg/m3以上，但高濃度區(qū)長度減小到5 m，前滾筒下風側10 m 后的粉塵質量濃度不超過1 300 mg/m3，100 m 后降至750 mg/m3以下?；仫L道里的粉塵質量濃度不超過600 mg/m3?？傮w而言，粉塵控制技術的應用降低了綜采工作面總粉塵濃度，使得井下環(huán)境得到改善。

圖3 應用除塵技術前后人行道呼吸區(qū)的粉塵濃度數(shù)據(jù)

2.2 應用該技術前后超前支護區(qū)粉塵濃度的變化

通過對比兩組粉塵濃度數(shù)據(jù)可知，風機將采煤機駕駛員工作區(qū)域的粉塵質量濃度降低到200 mg/m3，而原粉塵質量濃度超過2 000 mg/m3，有的地方粉塵質量濃度超過3 000 mg/m3。由此可見，粉塵控制技術顯著降低了采煤機駕駛員工作區(qū)域的粉塵濃度，大大提高了環(huán)境質量。

總體而言，應用風幕降塵技術降低了綜采工作面粉塵濃度，特別是采煤機駕駛員工作區(qū)域粉塵濃度明顯降低，有效凈化了駕駛員工作環(huán)境，在一定程度上改善了綜采工作面整體工作環(huán)境。

2.3 現(xiàn)場測量

在模擬結果的基礎上，在現(xiàn)場安裝除塵風機，測量粉塵濃度。

為了驗證技術的除塵效果，考慮塵埃在煤炭工人他們的鼻子和嘴的高度，測量點安排在人行道的呼吸帶的高度推進支持區(qū)域，其他代表區(qū)域。

如圖4 所示，模擬結果與實測結果產生的粉塵濃度特性非常相似，相對誤差在12%以內，說明模擬結果較為準確，與現(xiàn)場實際情況基本一致。

圖4 比較了粉塵濃度的實測值和模擬值

從下頁表1 可以看出，在應用該技術之前，采煤機駕駛員工作區(qū)域巷道內粉塵質量濃度超過2 150 mg/m3。應用后，除推進支護外，各測點的治塵率均超過40%。采煤機駕駛員區(qū)粉塵控制率最高（高于90%），粉塵質量濃度小于210 mg/m3。其他測點平均治塵率為45.33%。

表1 粉塵控制技術的粉塵污染控制和防治效果

3 結論

1）應用抑塵技術前后，綜采工作面(超前支護區(qū)除外)的氣流場變化較小。采煤區(qū)總體風速呈現(xiàn)先減小后增大的特征。該技術應用后，在超前支護區(qū)形成了高速氣流場，采煤機與巷道之間形成了三角形氣幕。

2）本技術應用前采煤機駕駛員工作區(qū)域粉塵質量濃度超過2 100 mg/m3，采煤機前輥下風側巷道70 m區(qū)域粉塵質量濃度不低于1 700 mg/m3。降塵技術應用后，采煤機駕駛員工作區(qū)域的粉塵質量濃度降低到200 mg/m3左右，采煤機前滾輪下風側巷道60 m的面積粉塵質量濃度不超過1 300 mg/m3?，F(xiàn)場測量結果與模擬結果基本一致。除超前支護外，各測點粉塵治愈率均在40%以上，采煤機駕駛員工作區(qū)域粉塵治愈率在90%以上。