综掘巷道抽、压组合的通风系统布置参数及效果研究_王登峰.pdf

综掘巷道抽、 压组合的通风系统布置参数及效果研究 王 登 峰 （晋煤集团泽州天安恒源煤业有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 为了解决恒源煤业 151303 综掘巷道原通风方式下掘进迎头粉尘浓度过高的问题，拟采用 抽、 压组合的通风系统来降低迎头煤尘浓度， 并进对风筒的布置参数进行研究。通过研究发现 压风 筒筒口距离掘进迎头 13m 时， 抽风筒固定于综掘机距迎头 4m 的位置处的除尘效果最佳。现场实测 发现在采取了合理的综合降尘措施后， 掘进工作面煤尘浓度下降了约 89， 可以满足正常安全的掘 进此巷道。 关键词 综掘 ； 降尘措施 ； 粉尘浓度 ； 抽、 压组合的通风系统 中图分类号 TD724文献标志码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0110-04 Study on Arrangement Parameters and Effect of Ventilation System of Pumping and Pressing Combination WANG Dengfeng （Jin Coal group Zezhou Hengyuan Coal Industry Co., Ltd. , Shanxi Jincheng 048000 ） Abstract In order to solve the problem of excessive dust concentration in the original ventilation mode of the 151303 comprehensive roadway of Hengyuan Coal Mine, it is proposed to use the combined ventilation and pressure system to reduce the concentration of coal dust in the head, and to study the layout parameters of the air duct. Through research, it is found that when the pressure cylinder mouth is 13m away from the heading, the dust extraction cylinder is fixed at the position where the comprehensive excavator is 4m away from the head, and the dust removal effect is best. On-site measurement found that after taking reasonable comprehensive dust reduction measures, the coal dust concentration in the heading face decreased by about 89, which can meet the normal and safe tunneling. Key words Comprehensive excavation； Dust reduction measures； Dust concentration； Pumping and pressing combination ventilation 1工程概况 山西晋煤集团泽州天安恒源煤业有限公司井 田面积 5.3542km2， 矿井生产规模 60 万 t/a， 属低瓦 斯矿井。井田位于太行山复式背斜南段西翼， 井田 主体构造为一向南西倾伏的向斜构造 （S1 向斜） ， 两 翼地层倾角约 1～7， 未发现陷落柱构造， 未见 岩浆岩侵入。目前所采 15 煤为低灰～中灰、 中高 硫、 高固定碳、 特高热值之无烟煤， 可作为电力、 化 工及民用煤， 煤层无煤尘爆炸危险性， 自燃倾向性 性质为不易自燃。15 煤层厚 1.08～4.3m，平均 2.69m，属全区稳定可采中厚煤层； 15 煤层直接顶 板为 K2 灰岩， 厚度较大， 一般厚约 8.63m， K2 灰岩 下局部有薄层炭质泥岩；底板为泥岩，一般厚约 2.11m。 当 前 该 矿 选 用 EBZ- 120 型 综 掘 机 进 行 151303 工作面两顺槽的掘进作业， 顺槽设计断面为 宽高 4.43.5m， 断面积 14.46m2。设计单个掘进 工作面循环进度 1.5m， 每班 4 个循环， 日进 12.0m， 月掘进进尺为 360m。顺槽掘进过程中， 采用压入式 通风方式， 由于掘进速度较快， 产尘量大， 现场实测 掘进工作面迎头粉尘浓度高达 900mg/m3， 迎头粉尘 浓度超限， 严重遮挡视线， 影响正常掘进作业， 拟采 用抽、 压组合的通风方式来降低掘进工作面的粉尘 浓度。 2151303 综掘工作面抽、 压组合的通风系统 布置参数研究 2.1模型建立 以恒源煤业 151303 综掘工作面为研究对象， 同 时借鉴类似工况下的掘进作业经验[1-2]， 通过 Fluent 软件建立 151303 综掘工作面抽、压组合的通风系 统模型， 来研究本工作面在抽、 压组合的通风系统 中风筒布置的最优参数。数值模拟过程中忽略温 度、二次扬尘及截割头喷雾等对粉尘扩散的影响。 巷道模型及管路线缆等内部装置进行简化， 所建模 型为高 3.5m，宽 4.4m 的拱形巷道，研究趋于为 50m。在模型中风筒直径 1m；压入式风筒距巷帮 0.5m， 轴 心 距 底 板 2.4m， 风 筒 中 的 风 速 约 为 11.2m/s， 压风筒筒口分别距掘进迎头 5m、 7m、 10m、 13m、 15m、 18m； 抽风筒的筒口固定在综掘机机身上 距掘进迎头 4m， 距底板 2m， 随综掘机移动， 距掘进 迎头的距离保持不变。最终确定模型为 890000 个 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 110 ChaoXing 网格节点。 2.2数值模拟结果分析 （a） 压风筒筒口距掘进迎头 5m （b） 压风筒筒口距掘进迎头 7m （c） 压风筒筒口距掘进迎头 10m （d） 压风筒筒口距掘进迎头 13m （e） 压风筒筒口距掘进迎头 15m （f ） 压风筒筒口距掘进迎头 18m 图 1压风筒筒口距掘进迎头不同距离时巷道断面 粉尘浓度分布云图 如图 1 为压风筒筒口分别距掘进迎头 5m、 7m、 10m、 13m、 15m、 18m 掘进作业时，距掘进迎头 5m、 10m、 15m、 20m、 25m、 30m、 40m、 50m 的巷道断面粉 尘浓度分布云图。观察图 1 （a ） 及图 1 （b） 发现压风 筒筒口距掘进迎头 5m 和 7m 时， 由于出风口距离产 生粉尘源头距离过近， 并且压风筒所射风流在掘进 迎头处的速度最大，导致部分粉尘被风流吹散， 散 布于巷道内，部分粉尘积聚于抽风筒筒口下方， 除 尘效果不明显； 观察图 1 （c ） 发现压风筒筒口距掘进 迎头 10m 时，由于抽风筒距离产尘源距离不合适， 导致风流在抽风筒附近形成回旋风， 部分粉尘由于 回旋风作用在抽风筒筒口附近滞留，除尘效果不 佳； 观察图 1 （d）发现压风筒筒口距掘进迎头 13m 时， 可以明显看出距掘进迎头不同距离的各断面粉 尘浓度都很低， 该参数下的抽、 压组合的通风系统 除尘效果良好， 一部分粉尘随巷道的通风风流流出 巷道， 大部分粉尘经抽、 压组合的通风系统处理； 观 察图 1 （e ） 及图 1 （f ） 可以发现压风筒筒口距掘进迎 头 15m 和 18m 时， 由于压风筒筒口距离产生粉尘源 头太远，导致压风筒所射有效风流到不了掘进迎 头， 有效风流在抽风筒筒口作用下会在距掘进迎头 约 10m 的位置形成循环风， 大部分粉尘被循环风挡 在掘进迎头处， 掘进迎头附近粉尘浓度会随着综掘 机的推进逐渐增加， 除尘效果较差。 图 2压风筒筒口距掘进迎头不同距离时巷道断面 粉尘浓度分布云图 图 2 为压风筒筒口距掘进迎头 10m、 11m、 12m、 13m、 14m、 15m 时， 巷道内距掘进迎头不同距离的粉 尘浓度分布图。观察图 2 可以发现随着距掘进迎头 距离的不断增加，巷道内粉尘的浓度呈下降趋势， 并在距掘进迎头 40m 以后稳定为 40mg/m3左右。通 过对比压风筒筒口距掘进迎头不同距离的曲线可 以发现压风筒筒口距掘进迎头 13m 时的整体粉尘 浓度最低， 除尘效果最佳。相较原先的压入式通风， 掘进迎头的粉尘浓度下降至 240mg/m3。 综上所述恒源煤业 151303 综掘工作面在采用 抽、 压组合的通风系统时， 压风筒筒口距离掘进迎 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 111 ChaoXing 头 13m 时的除尘效果最佳。 3综合降尘措施 3.1改进综掘机截割头喷雾系统[3] 综掘机截割头原喷雾系统中的内喷雾系统在 掘进机掘进作业时，由于截割头直接接触煤岩体， 会造成运行过程内喷雾系统水压较低， 并且泥浆会 堵塞部分喷雾头， 使内喷雾系统不能充分发挥降尘 作用。综掘机截割头原喷雾系统中的外喷雾系统存 在对产尘源除尘效果不强、喷雾头水压不稳定、 水 流量太大造成地面泥泞湿滑及过滤效果不好致使 部分喷雾头堵塞的问题。根据喷雾系统在现场应用 中存在的问题， 现将改进综掘机的喷雾系统。改进 后的喷雾系统由辅助外喷雾和内喷雾构成， 共同保 证该系统的降尘效果及该系统连续正常运行。改进 后的喷雾系统选用空心锥形的螺旋牙水芯， 其安装 孔径为 1.2mm，并在高压水管口设置过滤装置， 防 止杂物堵塞喷头，将喷雾系统的喷雾压力设定在 4～6MPa。 外喷雾要求综掘机截割断面腰线以上部分 时，外喷雾系统喷雾头的安装角度针对扬尘区， 综 掘机截割断面腰线以下部分时， 外喷雾系统喷雾头 的安装角度针对落尘区； 内喷雾在截割头运行时由 于过滤装置的次存在及螺旋牙水芯的使用， 能够保 证掘进过程中内喷雾充分发挥抑尘降尘的作用。改 进后的喷雾系统示意图如图 3 所示。 图 3改进后的喷雾系统示意图 3.2抽、 压组合的通风系统[4] 在 151303 综掘工作面内布置抽、 压组合的通风 系统。该系统选用的风筒为刚性骨架，直径为 800mm。将抽风筒的筒口固定在综掘机机身上距掘 进迎头 4m， 距底板 2m， 抽风筒筒口布置有吸尘罩， 抽风筒随综掘机移动，距掘进迎头的距离保持不 变， 始终保持有效的吸尘距离。压风筒筒口布置在 距离掘进迎头 13m 的位置处。在这种布置方式下 抽、压组合的通风系统随掘进机自动向前移动， 简 化了作业程序， 减少了工作人员的劳动强度， 并且 在该布置参数下的抽、 压组合的通风系统除尘效果 最佳。 3.3综合降尘措施应用效果分析 在现场 151303 巷道掘进作业时， 应用改进后的 综掘机截割头喷雾系统和抽、 压组合的通风系统进 行掘进工作面的通风和降尘。为了观测综合降尘措 施应用效果，在距掘进迎头每 5m 的巷道腰线上布 置粉尘采样仪监测巷道内的粉尘浓度， 共布置 5 个 测点， 测点准备完成进行掘进作业， 并记录每个测 点的粉尘浓度， 结果如图 4 所示。 图 4综合降尘措施应用效果 观察图 4 可以发现， 151303 巷道掘进作业时， 应用改进后的综掘机截割头喷雾系统和抽、 压组合 的通风系统进行掘进工作面的通风和降尘， 取得的 降尘效果良好，掘进迎头 5m 范围内的粉尘浓度下 降至约 98mg/m3，相较原通风方式下掘进迎头 900mg/m3的粉尘浓度， 下降了约 89， 并且掘进工 作面后方 25m 的距离处粉尘浓度降至 25mg/m3， 能 够满足正常安全掘进巷道的要求。 4结论 通过 Fluent 软件建立 151303 巷道抽、 压组合的 通风系统模型， 研究本工作面在抽、 压组合的通风 系统中风筒布置的最优参数， 研究结果表明压风筒 筒口距离掘进迎头 13m 时， 抽风筒固定于综掘机距 迎头 4m 的位置处的除尘效果最佳。并在现场应用 改进后的综掘机截割头喷雾系统和抽、 压组合的通 风系统进行掘进工作面的通风和降尘， 取得的降尘 效果良好，掘进迎头 5m 范围内的粉尘浓度下降至 约 98mg/m3， 能够满足正常安全掘进巷道的要求。 参考文献 [1] 马胜利,张恒,晋继伟,张凯铭.综掘工作面通风除尘效果 的数值模拟研究[J].煤炭技术,2018,37 （10） 164- 166. （下转第 115 页） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 112 ChaoXing （上接第 112 页） [2] 续英杰. 长压短抽通风系统风筒参数对除尘效率的影响 [J].山东煤炭科技,2018 （07） 82- 84. 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