采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究_王小雷.pdf

1092023 年第 2 期王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究王小雷（沁和能源集团有限公司永红煤矿，山西 晋城 048000）摘 要 针对永红煤矿 3507 工作面风流受采煤机机身阻挡后，风流翻越采煤机沿支架行人一侧运移，风量为 2.8 m3/s，影响到工作面粉尘治理情况，设计了一种采煤机用随机抽尘净化装置。应用效果表明：煤机下风侧司机处和煤机机尾 1618 m 处呼吸尘除尘效率可达 67.0%76.9%，巷道支架行人一侧粉尘浓度治理效果理想。关键词 采煤机；抽尘净化装置；粉尘治理中图分类号 TD714+.4 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.039Industrial Experimental Study on Random Dust Extraction Purification Device of ShearerWang Xiaolei(Qinhe Energy Group Co.,Ltd.,Yonghong Coal Mine,Shanxi Jincheng 048000)Abstract:In view of the fact that after the air flow in the 3507 wirking face of Yonghong Coal Mine is blocked by the shearer fuselage,the air flow moves over the shearer along the pedestrian side of the support,and the air volume is 2.8 m3/s,which affects the dust control condition of the working face,a random dust extraction and purification device for shearer is designed.The application results show that the dust removal efficiency of breathing dust at the drivers side downwind and 16-18 m at the tail of the coal engine can reach 67.0%-76.9%,and the dust concentration control effect on the pedestrian side of the roadway support is ideal.Key words:coal mining machine;dust extraction and purification device;dust control收稿日期 2022-07-12作者简介 王小雷（1974），男，山西晋城人，2013 年毕业于黑龙江科技大学采矿工程专业，本科，工程师，现从事煤矿机电管理工作，研究方向：煤矿机电。王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究大采高综采面采煤机滚筒旋转破煤功率强、破碎煤体垮落高度大，造成的粉尘污染极为严重，呼吸性粉尘浓度可达 100 mg/m3以上，远超国家相关规定，严重威胁着矿井安全生产和作业人员的身心健康，是当前煤矿工作面粉尘治理的难点。1 工程概况1.1 概况沁和能源集团永红煤矿采用斜井开拓方式，分区式通风，井下分为五个采区。主斜井采用带宽 800 mm 胶带输送机提升，担负全矿井原煤提升任务，兼作进风井和安全出口。3507 工作面位于矿区西南部的 3500 采区西翼，工作面走向长度911 m，倾向长 152 m，煤层平均厚度 6.01 m，煤层平均倾角 4，采用 MG1100/3050-WD 型采煤机，主要配套 ZY12000-30/68D 型液压支架、SGZ-1250/21000 型刮板输送机、SZZ-1350/525 型转载机、SSJ1200/2315 型胶带输送机。1.2 采煤机机身对风流的影响分析针对 3507 工作面，采用风速表对 MG1100/3050-WD 型采煤机机身二维方向（采煤机高度方向和采煤机长度方向）的风速情况进行实测。结果表明：工作面风流受采煤机机身阻挡后，风流翻越采煤机并沿支架行人一侧运移，运移风量为 2.8 m3/s。该部分风量粉尘会影响到支架行人一侧的粉尘浓度及粉尘治理问题。针对这一情况，可考虑设计一种基于采煤机机身的随机抽尘净化装置1-6，高效抽吸和净化割煤过程中产生并聚集的高浓度粉尘，对因阻挡问题而流过采煤机机身的含尘风流进行净化，避免粉尘受采煤机阻挡而向人行道一侧扩散。2 采煤机随机抽尘净化装置及主要参数2.1 数值模拟分析依据现场实际条件建立了数值计算模型，模型1102023 年第 2 期#尺寸：XYZ=7.2 m152 m7.9 m。设计采煤机位于刮板运输机上方工作状态下，数值模拟不同高度平面风速的分布情况，如图 1。图 1 不同高度平面风速分布数值模拟结果由图1可知，h为测点至工作面底板的垂直高度，采煤机机面附近风流风速表现为先下降后升高的趋势，充分证明工作面风流受到采煤机机身阻挡影响，风流会发生运移。对采煤机附近断面风流流速数据进行处理，得到工作面长度 Y 为 20 m、25 m、30 m、35 m 位置时 y 方向风流流速分布云图，如图 2。（a）Y=20 m （b）Y=25 m（c）Y=30 m （d）Y=35 m图 2 采煤机机身断面内 Y 方向风速分布示意图由图 2 数据显示：采煤机上风侧平面区域位置因没有受到采煤机阻挡影响，其风速表现为均匀分布状态；采煤机机面、煤壁与顶板区域位置因受到采煤机机身及滚筒影响，在该区域形成有低风速或涡流，同时采煤机靠近支架侧棱角处发现有高风速区域；工作面风流沿采煤机机身运移中采煤机机面上方风流风速表现出分层现象，而高风速区域表现为逐渐减小；受工作面巷道断面扩大因素的影响，采煤机下风侧风速表现出下降趋势，但是依然存在有风流高风速区域。综上所述，在工作面巷道中风流因受到采煤机阻挡后，风流表现为易向支架行人一侧进行有效扩散。2.2 随机抽尘净化装置及主要参数3507 工作面井下巷道现在实测及数值模拟结果均表明：工作面风流受到采煤机机身阻挡后，工作面风流主要是翻越采煤机并沿支架行人一侧进行运移。针对这一情况，可设计采煤机随机抽尘净化装置对该运移风流进行抽尘净化，模型布置如图 3。图 3 采煤机随机抽尘净化装置模型布置示意图为进一步确定采煤机随机抽尘净化装置的参数，对装置不同安装高度、不同吸风量状态下粉尘捕集效率进行了数值模拟研究，结果如图 4。图 4 不同安装高度不同吸风量情况下粉尘捕集效率图从图 4 数据显示，装置安装高度分别在 0.65 m、1.15 m、1.65 m、2.15 m 时，安装高度不变情况下随吸风量的增大粉尘捕集效率均表现为增大趋势；在吸风量不变的情况下随装置安装高度增大粉尘捕集效率前期表现为增大趋势，后期表现为基本趋于一致稳定状态。综合各方面因素，确定装置安装高度为 1.65 m，吸风量为 180 m3/min，此时粉尘捕集效率最大为 98%。实测 3507 工作面巷道 MG1100/3050-WD 型采煤机上风端头可利用空间为 680 mm。基于以上情况，设计随机抽尘净化装置大小为 1580 mm1580 mm580 mm，应用湿式过滤除尘工作原理对气流1112023 年第 2 期王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究王小雷：采煤机随机抽尘净化装置的工业性试验研究进行抽尘净化处理。3 工业性试验随机抽尘净化装置按上述方案设计并制作完成后，在永红煤矿 3507 工作面 MG1100/3050-WD 型采煤机上进行了工业性试验。随机抽尘净化装置安装在采煤机上风侧行走部位置，安装高度为距离工作面底板 1.65 m 左右。经现场实验，该位置离风流尘源区域最接近，同时也不会影响到采煤机摇臂、电缆槽等部件的正常工作。随机抽尘净化装置安装后，在顺风割煤和逆风割煤状态下进行了应用前后降尘效果的监测，测试结果见表 1。表 1 采煤机割煤作业时呼吸尘浓度情况表序号作业状态监测位置呼吸尘浓度/（mg/m3）降尘效率/%应用前应用后1顺风割煤状态煤机下风侧司机处45.715.167.02煤机机尾1618 m 处6220.267.43逆风割煤状态煤机下风侧司机处76.420.473.34煤机机尾1618 m 处87.520.276.9从表 1 数据显示，采煤机在随机抽尘净化装置开启前后，顺风割煤状态下煤机下风侧司机处、煤机机尾 1618 m 处呼吸尘浓度分别为 45.7 mg/m3、62 mg/m3和 15.1 mg/m3、20.2 mg/m3，两位置除尘效率分别为 67.0%、67.4%；采煤机在随机抽尘净化装置开启前后，逆风割煤状态下煤机下风侧司机处、煤机机尾 1618 m 处呼吸尘浓度分别为 76.4 mg/m3、87.4 mg/m3和 20.4 mg/m3、20.2 mg/m3，两 位置除尘效率分别为 73.3%、76.9%；煤机机尾 1618 m 位置处的呼吸尘降尘效率要高于煤机下风侧司机处位置呼吸尘降尘效率。从现场实践来看，煤机机尾 1618 m 位置处粉尘主要来源于煤机下风侧司机处沿程运移和采煤机机身区域扩散粉尘，而设置的采煤机随机抽尘净化装置距离煤机下风侧司机位置较近，也可以对煤机阻挡扩散的粉尘进一步进行净化，因此该位置处呼吸尘降尘效率对比煤机下风侧司机处位置呼吸尘降尘效率要高。4 结语结合永红煤矿 7.2 m 大采高 3507 综采工作面的产尘特性和 MG1100/3050-WD 型采煤机结构特点，设计了一种大采高工作面采煤机随机抽尘净化装置。该装置安装在采煤机上风侧行走部位置，抽吸和净化割煤过程中产生并聚集的高浓度粉尘，避免粉尘受采煤机阻挡而向人行道一侧扩散，取得较好的降尘效果。在永红煤矿应用后，可使顺风割煤和逆风割煤时采煤机下风侧司机处、采煤机下风侧1618 m 处降尘效率在 67.0%76.9%之间，且能够满足煤矿井下的使用环境，推动了大采高综采工作面粉尘治理技术的进步。【参考文献】1 关万里.8.8 m综采工作面粉尘防治技术及应用J.能源科技，2022，20（01）：28-32+78.2 袁帅，黎志.采煤机用随机抽尘净化装置的研究与现场试验 J.煤炭科学技术，2021，49（S2）：125-130.3 张运增，苏志伟.神东矿区综合防尘关键技术及应用 J.煤炭科学技术，2021，49（S2）：115-119.4 刘江斌，管隆刚，莫金明，等.曹家滩煤矿122109 综放工作面综合降尘技术研究与应用 J.煤炭技术，2022，41（01）：147-151.5 关万里，鲁义，谷旺鑫.超大采高综采面综合防尘技术及应用 J.能源技术与管理，2021，46（06）：11-13+21.6 黎志，马威，张设计，等.8 m 特大采高工作面粉尘综合防控技术研究及应用J.矿业安全与环保，2021，48（04）：60-67.