岩巷综掘工作面

2024-05-30

岩巷综掘工作面（精选4篇）

岩巷综掘工作面篇1

0 引言

随着采掘机械化程度的不断提高, 综掘机得到了广泛运用, 岩巷掘进产生含致矽肺的高浓度游离二氧化硅粉尘, 加速了机械的磨损, 影响掘进的工作效率, 严重威胁着矿井的安全生产和一线工人的身心健康。因此, 综掘岩巷粉尘防治已成为各方关注的重大课题。为此研究适合全岩巷综掘面生产条件下的高效防尘系统, 有效降低工作面粉尘浓度, 对于保证矿井的安全高效生产和保护作业人员的身心健康均具有十分重要的现实意义。

1 岩巷综掘工作面粉尘的危害分析

(1) 降低工作环境的能见度。在矿井的一些工作环境中, 由于粉尘的浓度较高, 工作面的能见度比较低, 在这种情况之下进行作业, 会造成员工的误操作, 从而导致出现工伤事故; (2) 污染工作环境。对矿井员工的身体健康构成危害, 且产尘和采掘场所的员工会得尘肺病; (3) 加快磨损机械设备。在矿山提高自动化与机械化水平的影响之下, 矿尘会影响到机械设备, 浓度较高的粉尘不但能够加快磨损机械设备, 而且会使精密仪器的使用年限缩短; (4) 导致煤尘爆炸。当矿井当中的空气到达相应浓度的情况下, 会导致煤尘爆炸, 煤尘爆炸的浓度范围跟引火源的温度、类比以及煤的粒度、成分相关, 在国有煤矿当中的大部分的矿井煤尘具备爆炸的危险。

2 岩巷综掘工作面综合防尘技术分析

(1) 泡沫除尘技术的原理及其成效。泡沫除尘技术的原理:泡沫除尘要求根据适宜的比例混合发泡剂和水, 再应用泡沫发生器, 在很多泡沫出现之后, 在尘源上喷洒, 有些情况下会向含尘的空气当中喷洒, 在喷洒泡沫到料堆之上产尘点的情况下, 使没有空隙的泡沫体遮挡一部分尘源, 从而实现湿润与抑制粉尘的效果。在含尘的空气当中喷洒泡沫的时候, 不少的泡沫群出现, 总体积和表面积处在十分大的状态, 这增加了粘附性和接触面, 从而能够大大地提升除尘效率。

泡沫除尘技术的成效:想要验证泡沫的除尘成效, 应当对巷道迎头产尘范围的产尘量进行科学地测定, 测定结果证实, 应用泡沫除尘前, 迎头产尘区的呼尘浓度和全尘浓度各自是280mg/m3、422mg/m3;泡沫除尘的应用使呼尘浓度和全尘浓度各自实现了162mg/m3、280mg/m3, 从而实现了理想的成效。

(2) 除尘风机短压长抽附壁风筒调风技术的原理及其成效。除尘风机短压长抽附壁风筒调风技术的原理:例如, 将2×30k W的局扇正压供风应用于底抽巷, 在风筒出口, 其风量常常可以实现416m3/min, 在迎头位置, 增设KCS-408ZZ型除尘风机之后, 往往可以实现380m3/min的吸风量。应当保障除尘风机能够对巷道迎头风流当中的粉尘进行有效地吸收, 确保达到最为理想的除尘成效, 这个时候在风筒位置增设附壁风筒。根据附壁风筒当中的挡板加以调整, 从而使迎头供风量降低, 确保有效地匹配迎头供风量与除尘风机吸风量。一些实验证实:当除尘风机吸风口距迎头4m的情况下, 风筒出风口距迎头10m, 实现230m3/min的风筒出口风量的时候, 除尘风机的除尘效率最大。

除尘风机短压长抽附壁风筒调风装置除尘效果:迎头综掘机割岩的情况下, 应当调整附壁风筒当中的挡板, 确保实现230m3/min的迎头供风量, 以及保障侧壁实现186m3/min的出风量, 在除尘风机出风口向外5m的地方, 开启和关闭除尘风机, 以及在迎头风量减少的时候, 对巷道当中的粉尘进行积极地监测。可以发现, 底抽巷在不应用附壁风筒调节迎头风量的情况下, 仅仅打开除尘风机的时候, 仅仅可以实现42.01% 的降尘率以及43% 的呼尘降尘率。借助附壁风筒调节除尘风机吸风量和迎头供风量两者之间的联系之后, 可以实现70.82%的全尘降尘率, 并且也可以实现64.68% 的呼尘降尘率64.68%, 因而具备理想的效果。

(3) 水幕帘降尘技术的原理及其成效。水幕帘降尘系统常常处在巷道迎头向后50m ~ 150m的位置, 对三道挡尘帘进行安装, 以及增加水气两相喷雾和自动喷雾降尘设施, 从而使湿尘、捕尘、降尘的效果实现。这种系统设备不但具备挡尘帘、高压水质过滤器, 还涵盖防爆电磁阀、主控制箱、粉尘浓度传感器。水幕帘降尘系统的工作原理是:重点借助挡尘帘阻挡风流当中的粉尘, 以使粉尘处在挡尘帘之上, 再通过喷雾设备对挡尘帘进行洗刷, 从而向巷道底板之上流挡尘帘之上的粉尘, 这样进行循环, 最后不但使捕尘与降尘的成效实现, 而且达到湿尘的目的。水幕帘降尘技术的成效:应当验证水幕帘降尘的成效, 在掘进巷道的情况下, 在防尘帘前后20m的位置选择四个侧地点, 重点是测量巷道当中的粉尘浓度。结合水幕帘降尘系统的工作成效, 以及结合测定的数据可以发现, 除了没有应用粉尘抑制剂和启动尘风机的情况下, 其中, 对运移粉尘过程当中的自降因素进行了忽略。第一道水幕帘的降尘效率是0% 的呼尘与18.4% 的全尘;第二道水幕帘的降尘效率是48% 的呼尘与51% 的全尘;而第三道水幕帘的降尘效率是32% 的呼尘与1% 的全尘。总而言之, 三道水幕帘的综合降尘效率是65% 的呼尘与76% 的全尘。

3 结论

综合防尘体系在岩巷综掘工作面的成功应用证明, 说明了该防尘体系适用于全岩巷掘进, 有效地治理了掘进过程中的粉尘灾害, 大幅度改善了工人作业环境, 降低煤矿职工矽肺病的发病率。总起来说, 综合除尘技术, 对矿井粉尘灾害的防治具有重要的现实意义。

摘要：近几年来, 随着采掘机械化程度和开采强度的提高, 井下作业场所粉尘浓度急剧增加, 特别是岩巷综掘工作面, 大量高浓度粉尘悬浮于矿井空气中, 对作业人员的身体健康构成危害, 并降低了工作面能见度, 制约着巷道的掘进速度与安全, 因此, 岩巷综掘防尘已成为矿区粉尘防治工作的重中之重。本文从岩巷综掘工作面粉尘的危害谈起, 重点分析岩巷综掘工作面综合防尘技术, 为构建以人为本、和谐、环保矿区提供了重要的理论指导。

关键词：岩巷,综掘工作面,综合防尘

参考文献

[1]王伟峰, 邓军, 马砺等.全岩巷综掘面粉尘防治技术[J].安全, 2012 (08) .

[2]白兰永, 王宽, 周福宝等.综掘工作面综合降尘技术在葛泉矿的应用[J].中国煤炭, 2011 (07) .

[3]陈贵, 王德明, 王和堂等.大断面全岩巷综掘工作面泡沫降尘技术[J].煤炭学报, 2012 (11) .

[4]李波, 董旗.姚桥煤矿综掘工作面湿式通风除尘系统的研究与应用[J].华北科技学院学报, 2011 (03) .

岩巷综掘工作面篇2

关键词：综掘,除尘,风机,研究应用

1 问题的提出

旗山煤矿-850 m东二轨道大巷岩巷综掘工作面全长652 m, 巷道设计规格 (净) 为宽4.4 m、高3.4 m, 迎头配风量340 m3/min, 岩石硬度大, 采用德国进口LH1500型掘进机, 在掘进过程中, 采取掘进机内外喷雾、转载点喷雾、净化水幕及KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘等综合防尘措施, 但仍未取得很好效果。一是掘进期间巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标, 影响作业职工视线和身体健康安全;二是KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘采用YBK2-200L1-2型30KW电动机噪音大, 影响皮带机尾皮带开停语音信号传递及作业人员之间的任务交流;三是KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机采用风机动力吸入式捕尘, 额定处理风量310 m3/min, 造成除尘风机到迎头段出现微风和不稳定状态。

因此, 在掘进过程中, 为解决巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标问题, 针对从德国进口LH1500型掘进机配套的原KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机存在的缺陷, 提出了选用HCN250湿式除尘系统, 其与综掘机组和掘进压入通风配套使用组成的长压短抽湿式除尘系统使用了附壁风筒和高效湿式除尘器, 使之具有高收尘效率和高除尘效率, 二者有机结合, 解决了KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机所存在的缺陷, 达到了理想的除尘效果。

2 除尘风机的优化改造

2.1 优化改造的原则

系统尽可能简单、实用、安全可靠、经济, 有利于粉尘的治理和职工职业健康安全, 且必须符合煤炭行业的法律法规。

2.2 改造前除尘风机系统

KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机采取抽出式通风方法, 其工作原理为通过弹簧风筒将掘进工作面迎头含尘空气经风机动力吸入捕尘器, 通过振弦过滤板时, 在来流方向上设置的水喷雾器向振弦过滤板上不断地喷雾, 附有水幕的纤维能使粉尘湿润增重或凝固或滞留, 最终形成污水流排出风机外。除尘风机出风口排出净化后的空气, 其原理如图1所示。

在使用该除尘风机系统期间, 各检测点全尘、呼吸性粉尘浓度如表1所示。

mg/m3

综上可知:矿用湿式除尘风机采用风机动力吸入式捕尘, 额定处理风量310 m3/min, 而该掘进工作面迎头配风量340 m3/min, 存在以下问题:一是除尘风机到迎头段约有40 m3/min风量, 造成该巷道段出现微风和不稳定状态。二是工作面迎头有部分含尘风流向回风侧流动, 未进入除尘风机, 造成捕尘效果差, 由各检测点全尘、呼吸性粉尘浓度可知, 掘进期间巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标。

同时, KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘采用YBK2-200L1-2型30 kW电动机, 现场实测工作噪音值大于85 d B, 由于电动机功率大, 噪音大, 影响皮带机尾皮带开停语音信号传递及作业人员之间的任务交流。

2.3 改造后除尘风机系统

HCN250湿式除尘系统是与掘进压入通风配套使用组成的长压短抽湿式除尘系统, 其除尘风机功率为2×7.5 kW, 供风要求180～250 m3/min。该系统使用了附壁风筒和高效湿式除尘器, 除尘器的除尘采用雾化、凝聚和脱水3个环节。含尘空气经过风筒进入除尘器后, 首先进入雾化区, 与从喷嘴喷出的水雾以较高的相对速度接触, 接着尘粒表面附着的气膜被冲破, 尘粒被水湿润, 发生激烈的凝聚, 凝聚形成的含尘水滴在经过除雾垫层时大部分被捕捉、聚集, 然后形成污水排出。最后排出清洁空气。未掘进时HCN250湿式除尘系统原理如图2所示, 掘进时HCN250湿式供风除尘原理如图3所示。

使用HCN250湿式除尘系统除尘期间, 各监测点全尘、呼吸性粉尘浓度如表2所示。

mg/m3

综上可知, HCN250湿式除尘系统其除尘风机功率为2×7.5 kW, 供风要求180～250m3/min, 在除尘风机距离工作面迎头50 m时, 通过现场实测除尘风机开单机吸风量240 m3/min, 这时附壁风筒窗口约240 m3/min流向迎头, 携带悬浮粉尘全部被吸进除尘风机, 使含尘空气不经过人员分布区域全部进入除尘风机经过净化;约100 m3/min风流流向回风侧, 满足巷道供风, 避免了KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机存在的缺陷。

HCN250湿式除尘系统其除尘风机功率为2×7.5 kW, 远远低于KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机所采用的30 kW的YBK2-200L1-2型电动机功率, 很大程度上降低了电动机噪音, 经现场实测, 工作噪音值低于85 dB。

4 结论

岩巷综掘锚喷巷道施工技术研究篇3

宜兴煤业辅助轨道大巷巷道岩性主要由灰黑色泥岩、褐灰色粉砂岩、深灰色生物屑泥晶灰岩和煤层组成。岩性变化较大, 下部多为砂岩、泥岩, 泥岩中常夹有不可采煤层 (一般厚度0.2~0.4 m, 间距1.8~2 m) , 比较破碎。巷道采用半圆拱形断面, 锚网喷支护方式, 全岩巷道, 岩层硬度6~8, 支护净断面为宽5.4 m, 高4.6 m, 工程量1 130 m。巷道初期采用爆破法掘进, 120型锚杆钻机施工锚杆锚索, 采用刮板运输机、皮带运输, 巷道工程进度平均为60 m/月。为提高单进水平及施工质量, 经可行性研究后, 决定推广使用EBZ-260型岩巷掘进机掘进, 液压锚杆钻车施工锚杆, 采用胶带机运输, 并将复喷成巷工序滞后工作面40 m。通过改进, 巷道单进水平提高到130 m/月。

2 巷道支护

宜兴煤业辅助轨道大巷断面为直墙半圆拱形, 掘进断面规格为宽5.64 m, 高4.72 m, 采用锚网喷+锚索联合支护。顶锚杆采用直径22 mm、长为2 200 mm的螺纹钢锚杆, 间、排距为800 mm×800 mm, 锚索采用直径17.8 mm、长6 500 mm的钢绞线, 沿巷道掘进方向每4 m布置一组, 每组3根, 分别布置在巷道中线及中线两侧各1.5 m处, 锚索垂直于巷道顶板轮廓线。

3 巷道施工及支护工艺

3.1 施工方法

巷道采用EBZ-260型综掘机掘进出矸, CMM2-15型液压锚杆钻车施工锚杆。

3.2 临时支护

巷道掘进工序完成后, 及时进行找掉, 然后进行临时支护。该工程采用CMM2-15型液压锚杆钻车备置的2根液压单体支柱对顶板进行临时支护, 单体支柱的支护位置可根据需要进行调整, 以便于顶板安全管理和锚杆的施工。

3.3 永久支护

3.3.1 CMM2-15型液压锚杆钻车操作顺序

启动油泵电机, 与其相联的齿轮泵随之启动, 供给液压油, 此时, 可按要求将该机行走至指定位置, 可根据巷道高度调整升降平台, 使升降平台的位置刚好满足作业人员进行作业, 互不干涉。操纵前部支撑, 使支护顶梁支牢顶板, 操纵左右推进器向上升起顶柱顶板, 然后开始钻顶锚杆孔, 钻孔完成后安装锚杆 (或锚索) 并锁紧, 顶锚杆孔作业完成后, 可将推进器旋转至水平位置, 通过钻臂的升降完成帮锚杆钻孔及固定锚杆作业, 一排顶、帮锚杆全部作业完成后, 机器的执行部件要收回原位, 收起前部支撑套筒。然后操纵行走阀将机器走至下一排进行作业。

3.3.2 安装锚杆施工工艺

(1) 打眼前, 首先按照中线严格检查巷道断面规格, 不符合作业规程要求必须先进行处理, 打眼应按由外向里、先顶后帮的顺序进行。

(2) 打锚杆眼:使用φ28×1 200 mm、φ28×2 200 mm的中空六角钻杆按照巷道断面图所给定的锚杆位置及角度准确打眼。

(3) 安装锚杆:安装前应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。先用锚杆杆体将树脂锚固剂送到孔底。匀速推进锚杆杆体, 将锚杆推进到孔底后, 再连续搅拌15~20 s, 确保锚固剂搅拌均匀。

(4) 搅拌充分后, 停止搅拌约30 s, 待树脂药卷凝固时使用锚杆机进行紧固, 初次紧固锚杆扭矩力不低于150 N·m, 下一班接班后必须对上一班所施工的锚杆进行二次紧固, 确保锚杆扭矩力达到250 N·m。

(5) 工艺流程:定眼位→打眼→吹眼→放药卷→搅拌→凝固→一次紧固→二次紧固。

3.3.3 安装锚索施工工艺

(1) 采用锚杆机配合锚杆钻杆和φ28 mm双翼钻头湿式打眼。为保证孔深准确, 可在钻杆上用油漆标出终孔位置。

(2) 插入树脂药卷前应检查其质量, 并注意MSK2360药卷在上 (孔底) , MSZ2360药卷在下。

(3) 锚索下端装上专用搅拌驱动器, 二人配合用锚索顶住锚固剂缓缓送入钻孔, 确保锚固剂全部送入孔底。

(4) 将专用搅拌驱动器插入锚杆机上。

(5) 一人扶住机头, 一人操作锚杆机, 边推进边搅拌。搅拌时间控制在20~30 s。

(6) 停止搅拌, 保持锚杆机的推力约3 min, 然后缩回锚杆机打下一个锚索孔。

(7) 10 min后卸下专用搅拌驱动器, 两个循环后安装上托板、索具, 并将其托至紧贴顶板。

(8) 两人一起将张拉千斤顶套在锚索上, 并用手托住。

(9) 开泵进行张拉, 待压力达到规程要求后, 停止张拉, 并换向回程。

(10) 卸下张拉千斤顶 (注意用手接住, 避免坠落) 。

3.3.4 喷射混凝土施工工艺

为使已掘出的巷道围岩裸露时间短、确保巷道围岩的稳定性, 且喷掘互不干扰, 故将喷浆工作分两次进行。先进行初喷30~50 mm厚, 工作面后40 m处复喷成巷。要求用细铁丝在巷道两帮上、中、下打点、挂线, 以便按线喷浆, 保证喷射质量, 做到墙直拱圆。

3.4 施工中关键要点

3.4.1 掌握掘支平衡关键点位

在掘进过程中, 锚网支护 (临时浆) 紧跟掌子面, 喷浆成巷距工作面一般控制在25~35 m;如距离过短因掘进机机身及二运的影响易造成喷浆质量差;如距离过长风水管路及风筒、电缆线架设延长会造成二次用工, 工效降低。

3.4.2 出矸系统

岩巷出碴采用刮板输送机[1], 因矸石硬易造成底槽磨损严重或卡链等机械事故, 造成窝工, 一般情况下, 尽可能采用胶带输送机出碴。

3.4.3 提高掘进机开机率

岩巷掘进中, 当矸石硬度≤6时, 用EBZ-260H掘进机切割, 掘进机开机利用率高;当矸石硬度>6时, 掘进机因油温高易造成停机, 等冷却后重新启动影响开机率[2]。一般矸石硬度高, 采取放松动炮作业, 再用掘进机切割掘进效果较好。

3.4.4 中腰线控制

采用激光指向仪标定中腰线。

3.4.5 平行作业

掘进机切割与喷浆平行作业;两帮支护与工作面锚网支护平行作业, 可提高工效。

3.4.6 循环、正规作业

坚持正规作业, 自掘自锚喷, 始终将复喷成巷巷道控制在距工作面不超过40 m。

4 施工中注意事项

(1) 锚、网、喷支护各种原材料、购配件一定要符合设计、规范要求, 在施工过程中必须按施工工艺进行, 杜绝偷工减料。支护一定要及时, 充分发挥锚杆主动支护的特点。三径匹配、螺母预紧扭矩、抗拔力是锚杆支护控制的重要指标[3], 施工过程中一定要严格控制。喷射混凝土支护严格按施工工艺进行, 尽可能一次喷浆成巷, 严禁一次掘进, 多次喷浆成巷。

(2) 掘进掌握好巷道施工尺寸, 刷帮滞后工作面不超过4 m, 工作面高度一般考虑以拱型半径能画圆为准。

(3) 为减少机械事故发生, 出渣系统一般采用胶带输送机。目前掘进机一般适宜矸石硬度≤6, 当矸石硬度>6时, 要考虑采取放松动炮作业。

5 技术创新点

(1) CMM2-15型液压锚杆钻车的推广使用。通过使用CMM2-15型液压锚杆钻车代替锚杆机, 由于液压锚杆钻车施工锚杆孔操作简单, 只需一人操作, 一人监护, 且可同时进行多台钻孔机具的操作, 与锚杆机相比, 节省了劳动力, 提高了劳动效率, 减轻了职工的体力消耗。使用液压锚杆钻车上的单体液压支柱对顶板进行临时支护, 支护效果好, 有利于巷道顶板的安全管理。

(2) 掘支平行作业方法的改进。巷道锚索支护及复喷成巷支护保持滞后工作面40 m, 为工作面掘支平行作业创造了条件, 避免了因工作面复喷支护而占用大量的掘进时间, 从而有利于巷道单进水平的提高, 提高劳动效率。

(3) 后路运输设备的改进。通过把刮板运输机改为胶带机运输, 大大降低了运输设备的故障率, 保证了安全连续运输和工时利用率。

6 经济效益分析

通过实践证明, 宜兴煤业辅助轨道大巷采用综掘锚喷新工艺施工, 平均每月进度达130 m, 比原炮掘工艺多进70 m, 大大提高了劳动生产效益, 缩短了巷道完工交付使用日期;同时, 由于综掘岩掘进机和液压锚杆钻车的推广使用, 消除了工作面施工锚杆期间的空顶作业隐患, 取得了较好的安全效益和社会效益。

改进后的施工方案使巷道的掘进单进水平从原来的60 m/月提高到130 m/月;工程单价从12 960元/m降低到11 680元/m, 比过去增收740 800元/月。

7 结论

通过对宜兴煤业辅助轨道巷、岩巷综掘施工工艺的改进与实践, 在岩巷中通过改进支护方案、运输系统以及通过技术创新可以实现平行作业, 达到岩石巷道在掘、支、运3条主线上的平衡, 不断提高掘进循环率和循环进尺, 提高岩巷的掘进速度, 缩短工程工期, 为同类条件下岩巷综掘施工提供了很好的借鉴作用。

参考文献

[1]刘传勇, 张士强.高强预应力锚杆支护在深部软岩巷道的应用[J].煤矿开采, 2007 (1) .

[2]韩爱党.煤矿井下岩巷高效掘进技术探讨[J].科技资讯, 2012 (11) .

煤巷综掘工作面气幕控尘技术研究篇4

1 煤巷综掘面气幕控尘理论研究

采煤机割煤时产生的煤尘随工作面风流移动、扩散的过程, 本质上属于气—固两相流运动范畴。计算流体力学中气固模型的控制方程如下。

(1) 连续相控制方程[3]。

连续性方程:

动量守恒方程:

紊流模型控制方程, 湍动能量方程—k方程:

湍动耗散率方程—ε方程, 其表达式为:

(2) 颗粒相控制方程[4]。

X方向上, 式 (5) 为粉尘颗粒的作用力平衡方程式:

式中, Fx为作用在粉尘颗粒上的附加质量力, 其计算公式为:

FD (v-vp) 为单位质量的粉尘颗粒所受到的阻力, 且有:

通过对粉尘颗粒在气固两相流中的受力的理论分析, 从数学的角度分析了粉尘颗粒与空气作用过程中速度、力、颗粒属性之间的微分关系, 并为数值模拟提供了理论基础。

2 煤巷综掘面气幕控尘数值模拟研究

2.1 基于Fluent软件的气幕隔尘数值模拟

Fluent软件是一款利用有限体积法计算流体力学问题的软件。Fluent是目前功能最全面、适用性最广、使用最广泛的CFD软件之一[5]。

该实验是基于Fluent软件进行的模拟研究, 实验分别对气幕的安装位置、气幕的尺寸、气幕的安装角度以及气幕的风速进行数值模拟, 从而确定最优的气幕工作参数, 使得气幕能够有效起到控尘的效果, 从而确保司机位置处以及后段行人位置处粉尘浓度最低[6,7]。

2.1.1 气幕安装位置对煤巷粉尘浓度的影响

本次实验模拟主要研究气幕安装的合理位置, 从而保证气幕能够有效地进行控尘。试验分别把距离连续采煤机末端位置X设置为4.5, 5.0, 6.0, 9.0m, 气幕横向安装位置在呼吸高度Z=1.5 m处 (图1) 。

由此可知, 当气幕安装满足X=4.5 m时, 气幕控尘效果最理想。

2.1.2 气幕长度对煤巷粉尘浓度的影响

利用上述对气幕安装位置模拟的结论, 将气幕安装在X=4.5 m的位置上, 模拟以气幕在竖直方向的长度为自变量 (图2) 。此实验模拟竖直方向Z值分别为0.5, 1.0, 1.5, 1.8 m, 由于考虑到气幕在竖直方向上不宜过长, 因此把Z的最大值设置为1.8 m, 模型边界条件为:供风量为600 m3/min, 粉尘的扰动风速0.5 m/s, 气幕出口风速15 m/s。模拟结果如图3所示。

综上所述, 把气幕安装在竖直方向Z=1.5 m位置时, 控尘效果最好。

2.1.3 气幕宽度对煤巷粉尘浓度的影响

模拟气幕安装在竖直方向长度为Z=1.5 m, 在Y方向的长度为Y=3.3 m及气幕V=15 m/s, 气幕宽度对控尘效果的影响, 模拟结果如图4所示。

从图4可以看出, 当气幕宽度W=0.02 m时, 各测点粉尘浓度最低, 此时能起到有效的控尘作用。

2.1.4 气幕不同出口角度对控尘效果的影响

为了研究不同气幕出口角度对控尘效果的影响, 这里取在Y方向上的气幕和在竖直上气幕的出口与竖直夹角α分别为0°、10°、15°、20°、-10°。模拟结果如图5所示。

当气幕出口角在10°时, 此时司机位置处和后端行人处粉尘浓度最小, 此时气幕控尘效果最优。

2.1.5 气幕不同出口风速对控尘效果的影响

为了研究不同气幕风速对控尘效果的影响, 这里取气幕出口风速分别为5, 10, 15, 20 m/s进行模拟分析。模拟结果如图6所示。

显然, 风速从5 m/s增大到15 m/s, 测点粉尘浓度呈下降趋势, 过大的风量反而带来负面效应, 使得在气幕涡旋的作用下粉尘沿底板进入煤巷, 因此当气幕风速为15 m/s时, 气幕控尘效果最优。

2.2 气幕开启前后煤巷粉尘浓度分布特征

气幕开启前模型边界条件为:供风量为600m3/min;尘源的质量流速为0.012 kg/s, 扰动风速0.5 m/s。气幕开启后模型边界条件为:供风量为600 m3/min;尘源的质量流速为0.012 kg/s, 扰动风速0.5 m/s, 气幕风速15 m/s。气幕开启前后粉尘浓度的关系如图7所示。

(1) 气幕未开启之前, 气幕开启前粉尘随着风流进入煤巷, 使得煤巷粉尘浓度很高, 但是在气幕开启后, 各测点粉尘浓度已有明显的降低。气幕开启前后司机位置和后端行人位置的粉尘浓度的关系如图8所示。

(2) 当气幕开启后, 不仅控制了粉尘向煤巷处扩散, 而且使得粉尘集中在气幕一侧, 将粉尘浓度较高的区域控制在煤壁一侧, 改善了掘进工作面空气质量。

(3) 从图8气幕开启前后司机位置和后端行人位置的粉尘浓度的关系图中, 在开启气幕后, 司机位置处和后端行人位置测点1和测点2的粉尘浓度分别降低了73.5%、53.1%、66.7%。

3 结论

(1) 通过对气固两相流作用原理分析, 可知可呼吸性粉尘在空气运动过程中, 颗粒自身重力是影响颗粒运动的主要作用力, 但是对于颗粒越小的颗粒, 其更容易受气流影响, 因此气幕对可呼吸性粉尘起到有效的控制作用。

(2) 当气幕安装位置在竖直方向长度为1.5 m, 在Y方向的长度为3.3 m, 宽度为0.02 m, 横向安装位置在X=4.5 m处, 气幕出口角度为10°, 气幕风速为15 m/s时, 此时气幕控尘模拟效果最好。

(3) Fluent数值模拟结果显示, 选择合理的气幕工作参数及安装位置, 开启气幕前后司机位置处和后端行人位置测点1和测点2的粉尘浓度分别降低了73.5%、53.1%、66.7%。

摘要：在连续采煤机掘进过程中, 通过在连续采煤机身上安装气幕, 利用气幕控尘技术控制粉尘向司机处和行人位置处的扩散, 以气固两相流作用原理为基础, 以粉尘固体颗粒的物性及粉尘颗粒的受力作为研究对象, 分析了固体颗粒在巷道中的运动规律;通过数值模拟及分析确定了气幕控尘技术的工作参数。

关键词：气幕,控尘,气固两相流,数值模拟

参考文献

[1]陈勇.中国能源与可持续发展[M].北京:科学出版社, 2007.

[2]国家煤矿安全监察局事故调查司.煤矿粉尘监测必读[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.