干河煤矿2-216运输顺槽掘进工作面防尘技术研究与应用_张彤.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1工程概况 山西焦煤霍州煤电霍宝干河煤矿 2- 216 工作面 井下位于 80 水平一采区的右翼， 北侧为 F14 断层， 西侧为 2- 112 工作面采空区， 南侧为 2- 118C 工作面 采空区， 东侧为 F23 断层。工作面开采 2 煤层， 煤层 平均厚度 3.75m， 夹矸 0.55m左右， 煤层倾角 711， 平均 9， 煤层硬度为 1.5， 属于稳定性煤层， 煤层直 接顶为细粒砂岩， 均厚 2.45， 直接顶中粒砂岩， 均厚为 4.8m， 直接底岩层为炭质泥岩， 均厚 2.9m， 基本底为 中粒砂岩， 均厚为 3.1m。 根据矿井地质资料可知， 2 煤层有爆炸性危险， 煤尘爆炸指数 61.2， 火焰长度 120mm， 加岩粉量为 70。2- 216 工作面运输顺槽沿煤层底板掘进， 掘进 宽度高度 5m4.8m， 巷道掘进时采用 EBZ200 掘 进机， 巷道掘进期间采用压入式通风方式， 现为有效 治理掘进工作面作业时的粉尘， 特进行粉尘分布规律 及防尘技术的分析研究。 2掘进工作面粉尘分布规律 2- 216 工作面运输顺槽掘进期间产生的粉尘主 要受到自然因素和非自然因素两方面的影响， 自然因 素方面主要包括 地质构造、 煤层赋存、 煤岩性质和环 境温度湿度， 非自然因素主要包括 通风情况、 作业强 度、 截割参数和截割顺序[1-3]， 具体综掘面的尘源种类、 产尘影响因素和产尘机理如图 1 所示。 现为有效分析 2- 216 运输顺槽掘进工作面掘进 作业时粉尘的分布规律，现采用 FLUENT 数值模拟 软件，设置掘进工作面风筒直径为 1m，风速为 11.2m/s， 设置风流场出口采用 outflow条件， 设置空气 密度为 1.25kg/m3， 动力粘度为 1.789410-5kg/m s， 温 度为 298K[4-5]， 现基于上述建立的数值模拟模型， 进行 干河煤矿 2-216 运输顺槽掘进工作面防尘技术研究与应用 张彤 （山西霍宝干河煤矿有限公司 ， 山西 临汾 041602 ） 摘要 为有效治理 2-216 运输顺槽掘进工作面的粉尘， 采用数值模拟的方式进行掘进工作面粉尘分 布规律的模拟分析， 根据数值模拟结果得出， 粉尘主要集中在距掘进工作面 50m 的范围内， 在巷道横 断面上粉尘主要集中在巷道回风侧，另外巷道中部和进风侧距掘进工作面 46m 的位置处出现粉尘 聚集现象， 基于数值模拟结果， 设计掘进工作面采用以泡沫降尘技术为主的防尘方案， 并在防尘方案 实施前后进行粉尘浓度的测试。 结果表明 2-216 运输顺槽掘进工作面采用防尘方案后， 全尘的降尘率 为 92.1894.46， 呼尘的降尘率为 91.5592.30， 降尘效果显著。 关键词 粉尘 ； 掘进工作面 ； 防尘技术 ； 泡沫降尘 中图分类号 TD714文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0091-03 Research and Application of Dustproof Technology in Gansu Coal Mine 2-216 Transportation Along Tunnel Driving Face ZHANG Tong （Shanxi Hobao Ganhe Coal Mine Co., Ltd. ， Linfen 041602 ， China ） Abstract In order to effectively control the dust in the 2-216 transportation along the tunneling working face, a numerical analysis is used to simulate and analyze the dust distribution law of the tunneling work. According to the numerical simulation results, the dust is mainly concentrated within 50m from the driving face The dust on the cross section of the roadway is mainly concentrated on the return side of the roadway. In addition, the dust accumulation phenomenon occurs in the middle of the roadway and the air inlet side at a distance of 4-6m from the driving face. Based on the numerical simulation results, the driving face is designed to use foam to reduce dust Technol- ogy-based dust control program, and test the dust concentration before and after the implementation of the dust control program. The re- sults show that the dust reduction rate of the whole dust is 92.18 94.46, and the dust reduction rate of the dust exhalation is 91.55 92.30 after the dust-proof scheme is adopted for the 2-216 transportation along the tunnel driving face. The dust reduction effect is sig- nificant. Key words Dust ; driving face ; dust control technology ; foam dust reduction 91 ChaoXing 2- 216 运输顺槽综掘工作面作业时粉尘场的运移规 律 1.7 根据数值模拟结果， 现分别给出巷道掘进作业开 始后 60s 后， 在巷道 YZ 断面上粉尘浓度的分布规律 如图 2 所示。 图 1综掘工作面产尘结构示意图 图 2巷道掘进 60s 后 YZ 断面上粉尘浓度分布云图 分析图 2 可知， 在巷道掘进 60s 后， 此时巷道掘 进产生的粉尘主要在掘进工作面的回风侧， 另外从图 中能够看出此时高浓度粉尘主要在巷道的中部和进 风侧产生聚集， 产生这种现象的主要原因为巷道回风 侧的风速相对较快， 在风流作业下粉尘会随着风流被 带走，故巷道回风侧不易出现高浓度粉尘聚集的现 象， 致使高浓度的粉尘集中主要出现在巷道进风侧和 巷道中部；由于巷道回风侧的粉尘会随着风流运动， 进而使得回风侧整体表现为粉尘浓度较高。 从图 1 中 同样能够看出， 在距离掘进头 50m 的范围内， 巷道中 部和回风侧存在着较多的粉尘， 回风侧粉尘的浓度主 要表现为随着距掘进工作面距离的增大， 粉尘飘散的 越来越高， 粉尘浓度逐渐降低。 现为进一步分析综掘工作面粉尘浓度的分布规 律， 现将掘进工作面划分为三个区域， 分别为回风侧、 巷道中部和风筒侧， 现具体分析掘进工作面该三处区 域沿程粉尘浓度的分布， 具体不同区域粉尘浓度曲线 如图 3 所示。 通过分析图 3 可知， 掘进工作面在风流作用下会 在巷道进风侧和中部 46m的位置处出现涡流现象， 进而形成高浓度的粉尘聚集点， 进风侧在该处的粉尘 浓度达到 690mg/m3，巷道中部该处粉尘浓度约为 680mg/m3； 随着距掘进工作面距离的增大， 工作面进 风侧与回风侧粉尘的浓度均呈现出逐渐降低的趋势， 粉尘浓度在距离掘进工面月 40m 的位置处，其粉尘 浓度的变化逐渐降低，在距离掘进工作面 50m 的位 置处， 粉尘浓度基本处于稳定状态。 （a ） 回风侧（b）巷道中部（c ）进风侧 图 3掘进工作面沿程粉尘浓度分布曲线图 基于上述分析可知， 2- 216 工作面掘进期间， 掘 进工作面产生的粉尘主要集中在距掘进工作面 50m 的范围内， 粉尘主要分布在巷道回风侧， 在巷道中部 和进风侧距掘进工作面 46m 的位置处出现粉尘聚 集， 故在进行掘进工作面防尘作业时， 应将防尘重点 放在巷道回风侧及进风侧和中部 46m的位置处。 3防尘方案与效果 3.1防尘方案 根据 2- 216 工作面运输顺槽掘进工作面的具体 特征，结合掘进工作面粉尘分布规律的模拟结果， 确 定工作面采用在综掘机截割头位置采用泡沫降尘技 术， 在皮带机运输过程中采用定点触控式风水联动喷 雾系统， 为实现全断面的风流的净化采用定时光喷雾 系统， 并进一步辅以人工洒水的方式以防止掘进工作 面出现二次扬尘现象， 具体 2- 216 工作面运输顺槽掘 进工作面防尘系统如图 4 所示。 图 4掘进工作面防尘系统示意图 具体 2- 216 运输顺槽掘进工作面的降尘措施为 1 ） 机载泡沫降尘 由于煤层一般具有疏水特性， 因此采用煤层注水的方式并不能取得较好的降尘效 果， 向通过机载泡沫在掘进机源头的位置处对高浓度 的粉尘进行捕捉沉降。 2 ） 皮带运输降尘 皮带在运煤过程中， 会存在摩 擦与振动现象， 其会产生大量的粉尘， 现在定点风水 联动喷雾系统， 设置喷雾点间距为 400m 一个， 喷雾 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 92 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 的控制方式为触控式[6]， 一处喷雾点安设 2 个喷嘴， 以 实现对皮带运输过程中产生粉尘的捕捉。 3 ）在转载点防尘转载点位置处由于掘进处的 煤岩体会在重力作用下坠落， 在该点位置处同样采用 自动触控式喷雾系统进行防尘， 喷雾系统的控制方式 等参数与皮带机降尘参数相同。 4 ）全断面降尘采用定时定点光喷雾技术进行 巷道全断面的降尘， 喷雾的控制方式为定时互相交错 开启， 通过光控关闭， 喷雾在巷道走向上以 400m 的 间距布置， 生产作业班每间隔 1h 进行一次喷雾作业， 每次喷雾作业喷雾时长为 8min。 5 ）净化水幕在距掘进工作面迎头 50m的范围 内设置两道全断面净化水幕， 第一道水幕设置在距掘 进头 20m 的位置处，第二道水幕布置在距掘进头 45m的位置处， 净化水幕布置形式如图 5。 图 5净化水幕布置形式示意图 6 ）人工降尘 基于数值模拟结果， 人工降尘作业 主要在距掘进工作面 50m 范围内的回风侧和巷道进 风侧和中部距掘进工作面 46m 的位置处实施， 人工 洒水每间隔 2h 实施一次。 3.2效果分析 为分析 2- 216 运输顺槽防尘方案的效果， 在掘进 工作面采用防尘措施前后分别进行粉尘浓度的测试， 测试主要包括全尘浓度和呼尘浓度， 测试结果如表 1 所示。 分析表 1 可知， 当 2- 216 运输顺槽掘进工作面采 用上述防尘措施后，全尘的降尘率为 92.1894. 46， 呼尘的降尘率为 91.5592.30， 据此可知上 述降尘方案降尘效果显著。 表 1掘进工作面采用防尘方案前后粉尘浓度数据 4结论 根据 2- 216 运输顺槽掘进工作面的具体特征， 通 过数值模拟的方式分析了掘进面粉尘的分布规律， 确 定掘进面粉尘主要出现在距掘进工作面 50m 的范围 内， 基于数值模拟结果， 设计以综掘机截割头位置采 用泡沫降尘技术为主的防尘方案。 根据防尘方案实施 前后的粉尘浓度数据对比， 得出防尘方案降尘效果显 著， 优化了掘进工作面的作业环境。 参考文献 [1] 张恒. 综掘面尘源点对粉尘分布规律的影响及降尘措施 的研究[D].西安科技大学,2019. [2] 郭强.综掘工作面粉尘综合防治技术研究与应用[J].煤, 2018,27 （12） 47- 4871. [3] 梁爱春. 自移式控除尘一体化系统在综掘工作面的应用 [J].煤炭工程,2017,49 （05） 60- 62. [4] 凌南.煤矿综掘面综合防尘技术优化研究与实践[J].江西 煤炭科技,2016 （02） 39- 41. [5] 尚积军,司卫彬,曹黎铭,等.综掘工作面泡沫抑尘技术实 践[J].煤矿开采,2015,20 （04） 127- 129. [6] 杨京春. 综合机械化采掘工作面粉尘治理技术研究与应 用[J].山东煤炭科技,2012 （02） 207209. 作者简介 张彤 （1992-） ， 男， 山西临猗人， 2016 年 1 月 18 日毕业 于太原理工大学安全工程专业， 助理工程师职称， 现从事通 风防尘管理工作。 （收稿日期 2020- 5- 6） 状态测点全尘浓度 （mg/m3）呼尘浓度 （mg/m3） 未采取防尘措施 1686.98306.68 2227.75153.14 3432.67202.47 采取防尘方案后 144.3124.78 217.8112.94 323.9715.59 93 ChaoXing