摘 要：为了解决综放工作面支架间粉尘浓度过高的问题，本文针对截割粉尘由采煤空间向架前、人行道等作业人员密集区域的扩散运移规律，基于喷嘴水射流卷吸机理，设计一款由由喷嘴组和负压卷吸罩组成综放移架尘源负压卷吸装置，并应用于某煤矿某综放工作面，取得了较好的除尘效果。
关键词：粉尘；综放工作面；喷雾降尘；负压卷吸除尘装置
Design and application of vacuum suction vacuum cleaner for fully mechanized caving
Abstract: In order to solve the problem of excessive dust concentration between the supports of the fully mechanized caving face, this paper aims at the diffusion and migration of the cutting dust from the coal mining space to the manned space such as the front of the frame and the sidewalk, based on the mechanism of the secondary dust reduction by spray negative pressure. A vacuum suction vacuum cleaner consisting of a nozzle group and a negative pressure suction hood is used in the 某 fully mechanized caving face, and a good dust removal effect is obtained.
Key words: dust; fully mechanized caving face; spray dust reduction; negative pressure entrainment dust removal device.
0 引言
随着我国经济与科学技术的高速发展，我国煤炭行业的机械化技术水平不断提高，同时也伴随着严重的粉尘污染问题[1]。据矿井现场实测，若不采取防尘措施的情况下，工作面粉尘浓度可以高达 5000mg/m3， 严重超过了国家煤矿安全规程规定的粉尘浓度，不但严重威胁着井下工作人员的职业安全健康，也影响煤矿企业的安全生产和社会的稳定[2]。目前煤矿已经意识到矿井粉尘的危害，并且采取了一些积极有效的措施防治粉尘，例如采煤机内外喷雾、支架喷雾等措施，但是在支架架间等一些作业人员密集的区域，粉尘浓度依然过高[3]。因此，基于以上问题，本文针对截割粉尘由采煤空间向架前、人行道等作业人员密集区域的扩散运移规律，基于喷嘴水射流卷吸机理，设计了适用于综放工作面液压支架架间的负压卷吸装置，并在某煤矿某综放工作面进行了工程应用。
1工作面概况
某综放工作面位于一采区，走向长度400m，倾斜长度200m。煤层倾角平缓约3°左右，井田煤层产状平缓，煤层厚度为5.80-18.81m，平均为10.28m，属全区稳定可采的厚煤层。该煤层结构复杂，含夹矸0-5层，夹矸岩性多为高岭岩、炭质泥岩和砂质泥岩，4-1号煤层顶板为中砂岩、砂质泥岩、泥岩，底板为中、细、粉砂岩、泥岩。在液压支架的选取上考虑了尽量增大放煤空间的ZF7600/18/35型放顶煤中部液压支架，支架中心距为1.5m。割煤时截齿截割以及支架移架的过程中破碎的煤层和岩层下落会产生大量粉尘，粉尘随风流扩散到工作面和支架人行道侧，污染工作环境。
2负压卷吸装置的设计及工作原理
2.1 喷嘴的优选
对优选后喷嘴的常规性能参数进行测定，选用了孔径1.6 mm的含X形导流芯混合式喷嘴，该喷嘴在4 MPa的压力下，雾化角为122.9°，有效射程达到3.3 m，雾化封闭尺寸（长×宽×高）最大可以达到5.7m×4.6 m×3.1 m，完全达到综放工作面移架喷雾的要求，另外该喷嘴耗水量较少，为3.41 L/min，满足综放面工程应用的要求[4]。
2.2 负压卷吸装置的设计
本装置主要包括雾化喷嘴组和卷吸除尘罩，能够利用喷嘴组喷雾时产生的喷射气流，对支架顶梁上端和侧端的含尘气流起到有效的卷吸作用。综放移架尘源负压卷吸装置的实物图和结构示意图，装置上端的安装环、螺丝起到安装固定的作用，装置前端设置有3个雾化喷嘴，产生密集的水幕阻隔粉尘[5]。装置的侧端和后端分别设置有两个卷吸口，装置全长0.39 m，侧端的卷吸口长0.06 m、宽0.04 m，后端的卷吸口长0.11 m、宽0.05 m。另外可以通过调节固定装置改变其喷嘴组的出雾角度。
2.3 现场安装方式
使用时将安装环固定在液压支架的顶梁处，通过调节固定装置的朝向改变喷嘴组出雾的朝向。水泵通过加水口与喷嘴组连接，工作时控制装置前端的喷嘴组进行喷雾，形成高密度的雾滴场，和割煤、移架和放煤时产生的煤尘快速的碰撞、沉降，来完成降尘。另外卷吸口起到了负压吸尘的作用，工作时由于高压引射气流的作用从而产生高强度的负压场，有效的覆盖了移架间的区域[6]。
3 现场应用及效果分析
将研发设计的综放移架尘源负压卷吸装置应用于某煤矿某综放工作面，并测定了使用该装置前后工作面不同位置的粉尘浓度。测点布置分别为：测点1为移架顶梁处，测点2为采煤机位置处，测点3为移架间的人行道处，测点4为放煤点[7]。通过对以上测点进行三次测定取平均值获得最终的粉尘浓度结果。图5是使用负压卷吸装置前后不同测点全尘浓度结果，工作面在采取普通喷雾条件下，移架顶梁处、采煤机位置处、移架间的人行道处以及放煤点处的全尘和呼尘浓度的最高值分别达到了179.4mg/m3、349.3mg/m3、174.1mg/m3、262.3 mg/m3和89.3 mg/m3、196.6 mg/m3、81.6 mg/m3、114.2 mg/m3；在应用了综放移架尘源负压卷吸装置后，上述测点的全尘和呼尘浓度依次降低到56.3mg/m3、103.3mg/m3、66.7mg/m3、78.3 mg/m3和16.5 mg/m3、48.8 mg/m3、15.2 mg/m3、26.3 mg/m3，各个测点的全尘平均降尘率可达 68.8%，呼尘平均降尘率达 77.6%，粉尘污染问题得到了很大程度上的改善。结果表明，综放移架尘源负压卷吸装置可以有效的降低移架时支架人行道的粉尘浓度，防治粉尘向外扩散，提高了喷雾降尘的效率，保障了矿井的安全生产。
4 结论
为了解决支架架间粉尘浓度过高的问题，基于喷射气流的卷吸机理，设计了一款由喷嘴组和负压卷吸罩组成的综放移架尘源负压卷吸装置。将该装置应用于某煤矿某综放工作面，工作面的粉尘浓度均有不同程度的降低，各个测点的平均降尘率为66.8%、呼尘平均降尘率为77.6%，工作面尤其是移架间的人行道区域，工作环境得到了很大程度的改善。
参考文献
[1] 蒋仲安. 湿式除尘机理的研究与应用[D]. 北京: 中国矿业大学, 1994.
[2] 程卫民. 煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势[J]. 山东科技大学学报, 2010, 29(4): 77-81.
[3] 金志荣. 智能化高效喷雾降尘装置在机械化采掘工作面的应用[J]. 神华科技, 2011(6): 40-44.
[4] 唐虎, 成竹, 蒋军亮, 李喜明. 空气助力雾化喷嘴雾化特性实验研究[J].装备环境工程. 2012(2): 38-42.
[5] 马素平, 寇子明. 喷雾降尘机理的研究[J]. 煤炭学报, 2005, 30(3): 297-300.
[6] 常建兵, 刘涛, 胥奎, 李建国. 综掘工作面粉尘防治技术研究[J]. 煤炭工程, 2007, 3: 53-55.
[7] 马骁. 综采工作面喷雾雾化规律与降尘技术研究[D]. 青岛: 山东科技大学, 2017.
作者简介：殷召峰，1971年11月，男，汉族，山东滕州人。2013年12月毕业于山东科技大学，矿山机电，本科学历。助理工程师职称；现在山东滕州市东大矿业有限责任公司，从事机电副总工程师工作。
工作单位：山东省滕州市东大矿业有限责任公司 邮编：277500；