綜采工作面空氣幕隔塵理論及應用研究.pdf

1、粉塵是煤礦五大災害之一。隨著當代采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，采掘機械化水平越來越高，實現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效，為煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟效益，但同時也帶來了十分嚴重的粉塵職業(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大量的醫(yī)療費用，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，甚至嚴重摧毀礦井，帶來巨大的經(jīng)濟損失。此外，工作地點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，加速機械設備的磨損。
　　 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，尤其是綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。當采煤機割煤時，工作面原始粉塵濃度高達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，特別是采煤機司機處的呼吸性粉塵濃度，仍難以控制到行業(yè)標準以下。為此，本論文從理論分析、實驗研究、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗四個方面開展了利用空氣幕隔斷技術(shù)阻止采煤機割煤滾筒產(chǎn)生的粉塵向司機工作區(qū)擴散、降低司機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、氣溶膠力學及空氣動力學為基礎，分析了綜采工作面塵源擴散運動規(guī)律及其影響因素。
　　 (2)

4、通過井下實測得到綜采工作面粉塵和風流分布的基本規(guī)律，分析了綜采工作面采煤機附近風流運動特性和粉塵分布特點。
　　 (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)場實測數(shù)據(jù)進行綜合分析，采用FLUENT軟件數(shù)值模擬了采煤機割煤時呼吸性粉塵擴散及綜采工作面空氣幕的隔塵效果，并對空氣幕設計參數(shù)及安裝位置、安裝角度對隔塵效果

5、的影響進行了分析，得出了隔塵空氣幕最佳設計及安裝參數(shù)。
　　 (5)在實驗室進行了多工況的相似模擬實驗，實驗結(jié)果與綜采工作面現(xiàn)場實測及理論分析結(jié)果基本一致，并驗證了空氣幕設計、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任公司（原邢臺礦務局）葛泉煤礦1326和1528工作面進行了工業(yè)性試驗。
　　 研究結(jié)果表明，在綜采工作面采煤機上安裝空氣幕，其作用相當于一個“透明的無形屏障”，能有效地阻止采煤

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

7、機的噴霧降塵效果，進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，研究綜采工作面空氣幕隔塵機理，建立了綜采工作面空氣幕隔塵的理論模型。并引入旋風分離理論，提出了旋轉(zhuǎn)風幕控塵新概念，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)呼吸性粉塵向司機處擴散。
　　 (3)通過理論計算分析和現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)了采煤機割煤過程中所產(chǎn)生的粉塵由煤壁側(cè)向司機處擴散，是