綜采工作面空氣幕隔塵理論及應(yīng)用研究.pdf

1、粉塵是煤礦五大災(zāi)害之一。隨著當(dāng)代采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，采掘機(jī)械化水平越來越高，實(shí)現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效，為煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時也帶來了十分嚴(yán)重的粉塵職業(yè)危害問題。一方面，粉塵對人體的健康危害極大，尤其是呼吸性粉塵。煤礦工人長期處于高濃度粉塵作業(yè)環(huán)境場所，極易患上塵肺病。據(jù)統(tǒng)計，目前煤炭系統(tǒng)塵肺病人數(shù)已超過30萬人，約占我國總塵肺病人數(shù)的一半，對此國家每年要化費(fèi)大量的醫(yī)療費(fèi)用，同時也給患者及其家屬帶來極大痛苦。另一方面，煤礦井下粉

2、塵濃度高，易引起爆炸。一旦井下發(fā)生煤塵爆炸，往往造成重大傷亡事故，甚至嚴(yán)重摧毀礦井，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外，工作地點(diǎn)的粉塵會惡化勞動環(huán)境、降低能見度、影響勞動生產(chǎn)率、增加工傷事故率，并引起皮膚病和眼科疾病，加速機(jī)械設(shè)備的磨損。
　　 采掘工作面是煤礦井下產(chǎn)塵量最大、粉塵濃度最高的地點(diǎn)，尤其是綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。當(dāng)采煤機(jī)割煤時，工作面原始粉塵濃度高達(dá)8000～10000mg/m3。盡管目前工作面采取了煤層注水

3、、噴霧降塵等多種防塵措施，起到了一定效果，但是工作面粉塵濃度，特別是采煤機(jī)司機(jī)處的呼吸性粉塵濃度，仍難以控制到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以下。為此，本論文從理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗(yàn)四個方面開展了利用空氣幕隔斷技術(shù)阻止采煤機(jī)割煤滾筒產(chǎn)生的粉塵向司機(jī)工作區(qū)擴(kuò)散、降低司機(jī)處粉塵濃度的防塵新方法研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)以流體力學(xué)、氣溶膠力學(xué)及空氣動力學(xué)為基礎(chǔ)，分析了綜采工作面塵源擴(kuò)散運(yùn)動規(guī)律及其影響因素。
　　 (2)

4、通過井下實(shí)測得到綜采工作面粉塵和風(fēng)流分布的基本規(guī)律，分析了綜采工作面采煤機(jī)附近風(fēng)流運(yùn)動特性和粉塵分布特點(diǎn)。
　　 (3)根據(jù)平面射流理論，利用空氣幕屏蔽作用，提出了綜采工作面空氣幕隔塵方法及理論，建立了空氣幕隔塵的理論模型。
　　 (4)對綜采工作面流場及粉塵分布現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，采用FLUENT軟件數(shù)值模擬了采煤機(jī)割煤時呼吸性粉塵擴(kuò)散及綜采工作面空氣幕的隔塵效果，并對空氣幕設(shè)計參數(shù)及安裝位置、安裝角度對隔塵效果

5、的影響進(jìn)行了分析，得出了隔塵空氣幕最佳設(shè)計及安裝參數(shù)。
　　 (5)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多工況的相似模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與綜采工作面現(xiàn)場實(shí)測及理論分析結(jié)果基本一致，并驗(yàn)證了空氣幕設(shè)計、安裝參數(shù)對其隔塵效果的影響。
　　 (6)在河北金牛能源有限責(zé)任公司（原邢臺礦務(wù)局）葛泉煤礦1326和1528工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。
　　 研究結(jié)果表明，在綜采工作面采煤機(jī)上安裝空氣幕，其作用相當(dāng)于一個“透明的無形屏障”，能有效地阻止采煤

6、機(jī)截煤過程中粉塵向司機(jī)處擴(kuò)散，尤其是阻止呼吸性粉塵的擴(kuò)散，大大地降低綜采工作面司機(jī)處的粉塵濃度。該裝置成本低、操作簡單實(shí)用、不影響司機(jī)的視線和操作，深受綜采工作面司機(jī)的好評，在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中獲得了良好的安全環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益及社會效應(yīng)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
　　 論文研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)有：
　　 (1)首次提出了在綜采工作面利用空氣幕隔斷技術(shù)來抑制采煤機(jī)截煤過程中粉塵向司機(jī)處擴(kuò)散，降低采煤機(jī)司機(jī)工作區(qū)的粉塵濃度，同時提高采煤

7、機(jī)的噴霧降塵效果，進(jìn)一步改善整個工作面的作業(yè)環(huán)境，提高礦井安全生產(chǎn)可靠性的思想。
　　 (2)針對綜采工作面作業(yè)空間特點(diǎn)，研究綜采工作面空氣幕隔塵機(jī)理，建立了綜采工作面空氣幕隔塵的理論模型。并引入旋風(fēng)分離理論，提出了旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕控塵新概念，分析了空氣幕隔塵效率與粉塵粒徑的關(guān)系，論證了空氣幕能有效抑制煤壁側(cè)呼吸性粉塵向司機(jī)處擴(kuò)散。
　　 (3)通過理論計算分析和現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)了采煤機(jī)割煤過程中所產(chǎn)生的粉塵由煤壁側(cè)向司機(jī)處擴(kuò)散，是