1 項(xiàng)目研究的背景及目標(biāo)

1.1研究背景

太原煤氣化集團(tuán)公司嘉樂泉煤礦為低瓦斯煤礦，掘進(jìn)巷道為煤巷，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。掘進(jìn)巷道斷面尺寸為寬3.2m、高2.5m，平頂，巷道面積8m²。

煤礦掘進(jìn)工作面是作業(yè)人員比較密集的場所，也是瓦斯涌出和產(chǎn)塵量較大的地方，威脅安全生產(chǎn)和故障人員健康。在嘉樂泉煤礦，利用的是長壓短抽型的通風(fēng)除塵形式，工作面新風(fēng)由壓入式灌入，污風(fēng)再由抽風(fēng)機(jī)抽出。這一通風(fēng)方式存在以下問題：

（1）壓風(fēng)沖擊產(chǎn)塵點(diǎn)形成的含塵氣流，不可能全部由抽出式風(fēng)機(jī)抽出，有一部分必須進(jìn)入巷道內(nèi)，形成對巷道的非常污染；

（2）工作面粉塵濃度高，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處在粉塵氣流中中，遮擋操作視線，容易造成安全事故，降低工作效率；

（3）循環(huán)風(fēng)易在除塵系統(tǒng)中出現(xiàn)，讓效果不明顯；

（4）因?yàn)橄到y(tǒng)除塵效率不高，在污染的環(huán)境中，人工、設(shè)備共同作業(yè)，人體受損大；

（5）存在粉塵爆炸隱患。

粉塵的危害有目共睹。長期以來，集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)十分重視掘進(jìn)工作面粉塵污染問題，嘉樂泉煤礦也嘗試了有關(guān)通風(fēng)除塵方法，但治理效果不盡人意。集團(tuán)公司通風(fēng)管理部從維護(hù)礦工身體健康、保證煤礦安全生產(chǎn)和提高掘進(jìn)工作效率出發(fā)，針對本公司煤礦特點(diǎn)，提出開展綜掘工作面渦流控塵綜合除塵系統(tǒng)研究，研究成果將為本公司所有煤礦的掘進(jìn)工作面綜合治理提供依據(jù)。

1.2該項(xiàng)目研究的內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題

根據(jù)項(xiàng)目研究規(guī)劃，研究內(nèi)容包括：

（1）合理應(yīng)用綜掘工作面渦流控塵系統(tǒng)

依據(jù)現(xiàn)有煤礦的通風(fēng)降塵系統(tǒng)，結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用研究成果和公司掘進(jìn)巷道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)符合《煤礦安全規(guī)程》的通風(fēng)除塵工藝，通過優(yōu)化系統(tǒng)配備設(shè)備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，把附壁風(fēng)筒形成的渦流控塵技術(shù)應(yīng)用在公司嘉樂泉煤礦綜掘工作面上，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面的高效防塵降塵目的。

（2）配套設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)

從實(shí)際出現(xiàn)，設(shè)計(jì)出合理的附壁風(fēng)筒，選擇配備的除塵風(fēng)機(jī)，明確輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、除塵系統(tǒng)三者間位置里阿尼。設(shè)計(jì)出相應(yīng)的設(shè)備與結(jié)構(gòu)支撐，保證掘進(jìn)機(jī)與通風(fēng)除塵系統(tǒng)一體化。設(shè)計(jì)吊掛設(shè)備，保障附壁風(fēng)筒工作的隨進(jìn)退。

（3）優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過綜掘工作面斷面大小、巷道現(xiàn)有條件、支護(hù)形式、現(xiàn)場靜壓水壓力、巷道風(fēng)速、壓入風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、溫度、坡度等參?shù)以及皮帶機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的規(guī)格尺寸的綜合研究，以《煤礦安全規(guī)程》為前提，提出適合公司煤礦特點(diǎn)的綜掘工作面粉塵綜合防治方案。

擬解決的關(guān)鍵問題：由于附壁風(fēng)筒吊掛笨重，而工作面空間小，通風(fēng)除塵系統(tǒng)關(guān)鍵問題是要解決附壁風(fēng)筒如何吊掛、放置、移動(dòng)問題。

1.3項(xiàng)目研究的預(yù)期成果

綜掘工作面渦流控塵綜合除塵系統(tǒng)研究的預(yù)期使用效果如下：

在除塵系統(tǒng)吸入口，其總粉塵濃度平均值在440mg/m3，在除塵系統(tǒng)排放口位置，其總粉塵濃度平均值為30mg/m3，除塵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了95%的除塵效率。在工作面掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置，觀察發(fā)現(xiàn)，總粉塵濃度也降低了不少，大約在80%，對掘進(jìn)工作面粉塵濃度實(shí)現(xiàn)了有效降低，作業(yè)場所環(huán)境衛(wèi)生也極大的得到改善。

1.4研究的目標(biāo)

項(xiàng)目的目標(biāo)包括近期目標(biāo)和追求實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)方面：

（1）近期目標(biāo)

● 以集團(tuán)公司煤礦通風(fēng)要求、井下條件為研究對象，結(jié)合國內(nèi)外在掘進(jìn)工作面使用的先進(jìn)除塵系統(tǒng)，構(gòu)建出適宜的、完整的、滿足集團(tuán)公司作業(yè)的通風(fēng)除塵系統(tǒng)。

● 引進(jìn)可伸縮風(fēng)筒與帶風(fēng)門式附壁風(fēng)筒，將導(dǎo)流風(fēng)筒連接于附壁風(fēng)筒之前，確保支護(hù)、掘進(jìn)時(shí)有充分的風(fēng)。

● 在位于皮帶機(jī)尾的可移動(dòng)小車上，布置了除塵器，在掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)時(shí)，除塵器也移動(dòng)，那么附壁風(fēng)筒與除塵器間的距離也會滿足一定的要求。

（2）實(shí)現(xiàn)作業(yè)場所空氣中粉塵濃度達(dá)標(biāo)

本著以人為本的原則，國家安全生產(chǎn)總局、國家煤礦安全監(jiān)察局制定的《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定了作業(yè)場所國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，以及生產(chǎn)性粉塵監(jiān)測應(yīng)遵守的規(guī)定。作業(yè)場所空氣中的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)可見表1.1，依據(jù)是保證一個(gè)礦工在井下長期工作而不會達(dá)到初期塵肺病的特征。

表1.1 作業(yè)場所空氣中粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)

在遵守國家相關(guān)職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)后，集團(tuán)公司將會不斷的利用通風(fēng)降塵新工藝，希望實(shí)現(xiàn)無害化的生產(chǎn)作業(yè)，這是集團(tuán)工作不斷探索的目標(biāo)。

2 掘進(jìn)工作面通風(fēng)降塵技術(shù)的現(xiàn)狀及分析

在不斷提升的煤礦井下機(jī)械操作技術(shù)前提下，生產(chǎn)效率也水漲船高，但也意味著掘進(jìn)時(shí)，瓦斯、粉塵的量的增加。抓好“一通三防”工作是保障礦井安全生產(chǎn)和維護(hù)礦工身體健康的重要前提，為此，國內(nèi)外開展了廣泛的研究，出現(xiàn)了很多實(shí)用技術(shù)、設(shè)備和管理規(guī)程。

在對現(xiàn)有的掘進(jìn)工作面的通風(fēng)降塵設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行分析后，希望能探索到與集團(tuán)公司煤礦生產(chǎn)條件相符合的通風(fēng)降塵方案。

2.1 掘進(jìn)工作面通風(fēng)方式

    通風(fēng)，即向掘進(jìn)工作面吹新鮮風(fēng)，這樣就可以對產(chǎn)生的有害成分進(jìn)行消除，為工作人員提供舒適的空氣環(huán)境。決定通多少風(fēng)，需要確定風(fēng)速、氣溫、含塵量、空氣成分。單簽，多數(shù)國家在掘進(jìn)工作面環(huán)境改善工作中，都利用了現(xiàn)代科技，比如，瓦斯通風(fēng)量的確定由巷道瓦斯含量進(jìn)行觀察，工作面粉塵污染由除塵風(fēng)機(jī)消除，工作面熱害由制冷機(jī)來消除等。

當(dāng)前，抽出式、壓入式、混合式通風(fēng)是常見的掘進(jìn)工作面應(yīng)用的通風(fēng)形式。

    （1）壓入式通風(fēng)

在掘進(jìn)巷道10m范圍外，即進(jìn)風(fēng)側(cè)巷道，安裝局部通風(fēng)機(jī)，經(jīng)柔性風(fēng)筒，新鮮氣流便能進(jìn)入工作面，然后沿著掘進(jìn)巷道排除污風(fēng)，這就是壓入式通風(fēng)。

優(yōu)點(diǎn)：在新鮮風(fēng)流中安裝局部通風(fēng)機(jī)，煤塵與瓦斯爆炸不易出現(xiàn)，具有很好的安全性，風(fēng)流的射程比較長。

缺點(diǎn)：掘進(jìn)巷道可排除污風(fēng)，但會嚴(yán)重的污染回風(fēng)系統(tǒng)與巷道中的工作人員，對人員身體造成危害。

在半煤巖、煤巷通風(fēng)，需要排除瓦斯，這時(shí)可采用壓入式通風(fēng)。

（2）抽出式通風(fēng)

在回風(fēng)側(cè)巷道，該巷道主要與掘進(jìn)巷道距離為10m，將局部通風(fēng)機(jī)安裝于此，沿著掘進(jìn)巷工作面，新鮮風(fēng)不斷流出，局部通風(fēng)機(jī)就可以抽出由風(fēng)筒排除的污風(fēng)，這就是抽出式通風(fēng)。

優(yōu)點(diǎn)：從掘進(jìn)巷道，新鮮風(fēng)便能進(jìn)入工作面，促使了巷道空氣清新，改善了空氣環(huán)境。

缺點(diǎn)：如果局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)火花，粉塵、瓦斯可能出現(xiàn)爆炸。風(fēng)筒中的粉塵集聚，不易清掃。吸程不大，沒有多大的通風(fēng)性能。柔性風(fēng)筒使用困難。

抽出式通風(fēng)通常是不應(yīng)用在瓦斯礦井中的。

（3）混合式通風(fēng)

結(jié)合抽出式通風(fēng)、壓入式通風(fēng)，可以得到混合式通風(fēng)，該通風(fēng)方式有抽出式、壓入式通風(fēng)的優(yōu)越性，是掘進(jìn)面通風(fēng)常用的方式。工作面由壓入式風(fēng)筒而有了新風(fēng)，工作面也因抽出式風(fēng)筒將污風(fēng)排除而不再渾濁。

參考MT/T441-1995，規(guī)定了局部通風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)的布置情況，并劃分了混合式通風(fēng)：長壓短抽短壓、長壓短抽、長抽短抽、長抽短壓。

圖2.1為四種混合通風(fēng)布設(shè)位置，

圖2.1 四種混合通風(fēng)布設(shè)位置

1壓入式風(fēng)筒  2抽出式風(fēng)筒  3壓入式風(fēng)機(jī)  4抽出式風(fēng)機(jī)  5除塵風(fēng)機(jī)（或抽出式風(fēng)機(jī)）  6空調(diào)機(jī)

分析混合式通風(fēng)形式，良好的通風(fēng)效果是其優(yōu)點(diǎn)，該方式在長距離大斷面掘進(jìn)通風(fēng)中比較常用。

缺點(diǎn)：在抽出式、壓入式方式中出現(xiàn)的重疊段風(fēng)量，會比較的大。如果在較大的巷道掘進(jìn)面，那么就會出現(xiàn)更小的風(fēng)速。另外，瓦斯將在巷道頂板出現(xiàn)層狀集聚，安全事故隱患大。

將除塵器應(yīng)用在局部通風(fēng)工藝上，對巷道礦塵濃度、工作面礦塵濃度有一定的減輕效果。對于混合通風(fēng)形式存在的不足，《煤礦安全規(guī)程》對此進(jìn)行了相關(guān)的規(guī)定，要求有效匹配壓風(fēng)量、抽風(fēng)量：

在利用長壓短抽除塵系統(tǒng)后，抽出風(fēng)量要小于壓入風(fēng)量，比例通常為20-30%，這樣可避免循環(huán)風(fēng)的出現(xiàn)。

在利用長抽短壓系統(tǒng)后，壓入風(fēng)量要小于抽出風(fēng)量，比例大約20-50%，保證巷道中的重疊段風(fēng)速符合規(guī)定。

吸塵效果可參考抽出風(fēng)量，越大的抽出風(fēng)量，意味著有良好的排塵效果。相反，工作面粉塵就比較多。

通常說來，滿足工作面通風(fēng)、除塵的要求，考慮現(xiàn)行的通風(fēng)設(shè)備，要兼顧抽風(fēng)量、通風(fēng)量。

2.2掘進(jìn)工作面防塵降塵技術(shù)分析

2.2.1粉塵的危害和掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵特點(diǎn)

（1）粉塵的危害

①工作場所會受到嚴(yán)重污染，職業(yè)病常發(fā)。比如皮膚病、呼吸道炎癥、塵肺病。

②硫化塵、煤塵在礦井集聚的越多，就會有爆炸的可能。

③機(jī)械運(yùn)作時(shí)會快速磨損，精密儀器使用期限將縮短。

④工作場所視線受限，工傷事故經(jīng)常出現(xiàn)。

最大的危害要數(shù)礦塵爆炸與塵肺病，對員工的生命安全、身體健康構(gòu)成直接威脅。

粉塵造成威脅，特別是指呼吸性礦塵，那些微細(xì)顆粒，即在5μm以下，在經(jīng)人體呼吸進(jìn)入到呼吸道，再進(jìn)入肺區(qū)，進(jìn)而導(dǎo)致了塵肺病。

（2）掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵特點(diǎn)

通常說來，礦塵在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)，其中有80%的都為呼吸性礦塵。如果是濕式作業(yè)，那么能夠降低礦塵濃度，但會增加分散度。某些地方存在90%比例的呼吸性礦塵。呼吸性礦塵有很大的危害性，很強(qiáng)的擴(kuò)散能力，難沉降、難捕獲。所以，有必要選擇良好的防塵、除塵設(shè)備。

采用機(jī)械化作業(yè)，會產(chǎn)生高分散度的粉塵，量也大。另外，就分布來說，粉塵濃度并不相同，這也難以降塵。

2.2.2噴霧降塵技術(shù)分析

降塵、防塵辦法比較多樣，比如巷道灑水、噴霧降塵、通風(fēng)降塵、煤體注水等。噴霧降塵比較方便，經(jīng)常見其使用。利用噴霧降塵，將水霧噴射到含塵氣流中，在水霧和顆粒進(jìn)行凝聚、攔截、碰撞后，水霧將與塵粒結(jié)合，以此實(shí)現(xiàn)降塵。

外噴霧、內(nèi)噴霧是噴霧降塵常見形式，懸浮在空氣中的礦塵用外噴霧進(jìn)行，直接噴在割落的煤巖上即為內(nèi)噴霧，生成礦塵那一刻，便抑制其擴(kuò)散。

利用高壓噴霧，在掘進(jìn)機(jī)截割臂上安裝高壓噴嘴，司機(jī)可操縱噴霧開關(guān)。在截割時(shí)，噴霧裝置啟動(dòng)，掘進(jìn)機(jī)關(guān)閉時(shí)，噴霧裝置便關(guān)閉。

噴霧不捕塵的優(yōu)點(diǎn)：含塵氣流被快速運(yùn)動(dòng)的霧滴卷起，浮沉與霧滴出現(xiàn)碰撞，增加了塵粒的重點(diǎn)，因引力，塵粒下沉。另外，二次揚(yáng)塵也可由此阻止。

實(shí)驗(yàn)表明，高壓水噴霧形成的霧滴粒徑較大（150－400μm），單位體積形成霧滴個(gè)數(shù)較少，霧滴與粉塵顆粒之間發(fā)生實(shí)質(zhì)性的慣性碰撞、攔截及凝聚、擴(kuò)散等效應(yīng)幾率??；由于細(xì)小粉塵顆粒表面氣膜的存在，即使霧滴與粉塵發(fā)生碰撞，霧滴捕塵成功的效率也不高。

如果內(nèi)外噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，那么可是吸納85%-95%的含塵量控制。因?yàn)樵诤粑苑蹓m表面存在氣模以及較大的表面積，以霧滴捕集呼吸性粉塵不太有效。所以，有必要另外入手，尋求新的解決之道。

2.2.3混合通風(fēng)除塵技術(shù)分析

（1）混合通風(fēng)除塵技術(shù)

對于存在的高瓦斯?jié)舛?、工作面粉塵，可利用壓入式通風(fēng)以沖淡，吹走工作面的粉塵則利用抽出式通風(fēng)即可。參考MT/T 441-1995規(guī)范中列出的幾種通風(fēng)形式，將除塵風(fēng)機(jī)用于抽出式通風(fēng)技術(shù)，便得到了混合通風(fēng)除塵技術(shù)。通?？磥?，工作面粉塵污染以及巷道粉塵污染可利用混合通風(fēng)除塵技術(shù)以解決。

在規(guī)范中規(guī)定的四種混合通風(fēng)形式中，有兩種降塵形式，即長抽短抽、長抽短壓，因?yàn)橛泻艽蟮某轱L(fēng)量，可帶走存在掘進(jìn)工作面的塵氣，粉塵的濃度可得到降低，從而使得工作環(huán)境質(zhì)量大大提升。但是，存在嚴(yán)重污染回風(fēng)巷道的情況，以及其余的諸多缺陷。

對于長壓短抽、長壓短抽的降塵形式，也是可以對粉塵濃度加以改善的，并避免巷道存在過大的污染濃度。但因?yàn)槌轱L(fēng)兩太過大，工作面空氣粉塵濃度也不能正常達(dá)標(biāo)。

（2）長壓短抽混合通風(fēng)方式的降塵分析

參考《煤礦安全規(guī)程》，為避免壓風(fēng)管、抽風(fēng)管的重疊位置的循環(huán)風(fēng)出現(xiàn)，長壓短抽通風(fēng)除塵工藝的壓風(fēng)量Q_壓因應(yīng)為抽風(fēng)量Q_抽的1.2-1.3倍，壓風(fēng)筒出口與工作面的距離應(yīng)在壓風(fēng)氣流有效射程范圍之內(nèi)。

因?yàn)閴猴L(fēng)氣流可涵蓋到掘進(jìn)工作面，工作面就會因壓風(fēng)氣流出現(xiàn)很大的粉塵，出現(xiàn)污風(fēng)，同時(shí)擴(kuò)散的速度非常的快。加上壓風(fēng)量大于抽風(fēng)兩，在除塵風(fēng)機(jī)除塵量中，大約包括了0.2-0.3Q_壓的含塵氣流無法通過，這樣，這些含塵氣流將向巷道流去，進(jìn)而造成巷道、工作面的污染。另外，如果抽風(fēng)系統(tǒng)可做到100%的除塵效率，但依然會只有77%-83%的降塵效率，也無法滿足巷道中含塵氣流滿足標(biāo)準(zhǔn)。

第二，沿著巷道軸向方向，壓入式風(fēng)筒便能為機(jī)掘工作面端頭供風(fēng)，這使得巷道各斷面的壓入風(fēng)的風(fēng)速多種多樣，速度梯度進(jìn)而在巷道各斷面出現(xiàn)。根據(jù)粘性流體力學(xué)，如果流體間有速度間的差異，流體剪切便由此引起漩渦的出現(xiàn)。高速度的粉塵也會擴(kuò)散到外渦，讓粉塵濃度難以平均化。尤其對于呼吸性粉塵，有更廣的擴(kuò)散范圍，抽風(fēng)系統(tǒng)很難完全凈化該粉塵。

再者，如果掘進(jìn)機(jī)頭與抽氣式風(fēng)筒吸口、壓入式風(fēng)筒出口的距離不合適，也會出現(xiàn)含塵氣流不能在除塵器中凈化的現(xiàn)象，造成機(jī)掘工作面粉塵過大的情況。

從上述分析可發(fā)現(xiàn)，利用長壓短抽、噴霧降塵技術(shù)，是沒有辦法解決粉塵污染的情況的，其只能對掘進(jìn)工作面粉塵濃度稍微的減輕。

煤炭科學(xué)研完總院重慶分院掘進(jìn)通風(fēng)組通過對不同大小斷面的巷道的混合式通風(fēng)方式、通風(fēng)參數(shù)與排塵效果之間的相互關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出了最佳排塵效果時(shí)的合理通風(fēng)參數(shù)，為進(jìn)一步優(yōu)化掘進(jìn)通風(fēng)除塵系統(tǒng)、提高通風(fēng)除塵效果提供了設(shè)計(jì)參考依據(jù)。

2.3渦流控塵技術(shù)

前述分析概括說明，長壓短抽混合通風(fēng)除塵與噴霧降塵技術(shù)只可稍微的減輕工作面、巷道存在的粉塵污染，但不能按照《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，依然存在嚴(yán)重的呼吸性粉塵威脅。為保證現(xiàn)場作業(yè)空氣中的粉塵濃度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，就需要尋求其余的降塵除塵辦法。

2.3.1空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)

空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)是利用條縫噴射的潔凈空氣流形成無形透明屏障，阻止兩側(cè)的氣流相互滲透和擴(kuò)散，以達(dá)到節(jié)能或防污染的目的。

在空氣防塵、調(diào)節(jié)領(lǐng)域，空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)比較常見，比如，公共場所的進(jìn)出口，采用的空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)有效避免了冷空氣向外流失或熱空氣的流失。再如在潔凈廠房進(jìn)出口，為防止室內(nèi)空氣受到室外空氣的污染，也采用了空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)，技術(shù)適宜可見2.2圖示。

圖2.2 空氣風(fēng)幕阻隔

在綜采工作面，在空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)幫助下，將潔凈氣流噴射條縫噴口安裝在煤壁與采煤司機(jī)中間，那么潔凈氣流就如無形的透明屏障，司機(jī)也不會接觸到煤壁處的粉塵了，很大程度上改善工作條件。該技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中加以應(yīng)用，但是巷道下風(fēng)位置的粉塵還是無法解決。

因?yàn)榫C采工作面、掘進(jìn)工作面在空間結(jié)構(gòu)上有所不同，通風(fēng)環(huán)境條件差異性大，在減小的掘進(jìn)工作面引入條縫噴射潔凈空氣流并構(gòu)建透明屏障顯然不適合現(xiàn)狀。

考慮長壓短抽通風(fēng)除塵性質(zhì)、巷道工作面空間性質(zhì)，有必要改善空氣風(fēng)幕阻隔技術(shù)。為此，得到了空氣風(fēng)幕控塵技術(shù)－壓風(fēng)通過附壁風(fēng)筒的渦流控塵技術(shù)。

2.3.2渦流控塵技術(shù)

（1）渦流控塵技術(shù)的原理

上世紀(jì)70年代，“控塵裝置——附壁風(fēng)筒”由西德研究，被叫做康達(dá)風(fēng)筒，該風(fēng)筒結(jié)構(gòu)示意可見2.3展示。

圖2.3附壁風(fēng)筒結(jié)構(gòu)示意圖

帶附壁風(fēng)筒的長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)如圖2.4所示，壓風(fēng)通過附壁風(fēng)筒流出，除塵風(fēng)機(jī)抽氣。

圖2.4 帶附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)降塵工藝

將附壁風(fēng)筒安裝在長壓短抽混合式通風(fēng)形式的壓入式風(fēng)筒的末端，在風(fēng)筒側(cè)面存在一處縫隙，該縫隙為氣流向上射流的位置，這就改變了向前噴射壓風(fēng)的形式，取而代之的就是旋轉(zhuǎn)新鮮空氣風(fēng)幕。將旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕阻隔屏障建立在壓入式風(fēng)筒的抽風(fēng)吸氣口以及排氣口間，這就有效的縮小的粉塵產(chǎn)生的區(qū)域，粉塵向外擴(kuò)散的道路被切斷，進(jìn)而出現(xiàn)渦流控塵技術(shù)。

圖2.5為附壁風(fēng)筒形成的旋轉(zhuǎn)空氣流風(fēng)幕沿巷道截面流動(dòng)示意圖。

            圖2.5旋轉(zhuǎn)空氣流風(fēng)幕沿巷道截面流動(dòng)示意圖

從分析得到，由附壁風(fēng)筒構(gòu)建而來的渦流控塵技術(shù)的特性有：

①形成于附壁風(fēng)筒的新鮮旋轉(zhuǎn)空氣流風(fēng)幕在推進(jìn)時(shí)，把巷道的截面給覆蓋了，從而得到無塵空間，該空間潔凈透明。

②由新鮮空氣構(gòu)建的屏障，可在小小的空間中形成含塵氣流壓，這讓產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵無法擴(kuò)散，抽風(fēng)設(shè)備吸風(fēng)口在抽塵時(shí)，效率大大提升。

③因?yàn)槌闅饬啃∮趬猴L(fēng)量，壓風(fēng)管、抽風(fēng)管的重疊位置，氣流為新風(fēng)氣流，瓦斯不會聚集，提升了巷道的安全性能。

機(jī)掘工作面工作環(huán)境因附壁風(fēng)筒的渦流控塵技術(shù)而有效清除的粉塵，為工作人員創(chuàng)造除了比較新鮮、潔凈的空氣環(huán)境。

（2）渦流控塵技術(shù)的效果

在附帶風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)降塵技術(shù)中，若有效的匹配抽風(fēng)量、壓風(fēng)量，再以高效除塵機(jī)以安裝，得到的旋轉(zhuǎn)氣流流動(dòng)風(fēng)幕將是相當(dāng)?shù)耐暾?。它既能對產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵有效控制，也會解決巷道中聚集瓦斯的現(xiàn)象，此渦流控塵形式將是非常理想的。

從理論上分析，作業(yè)面巷道在利用附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合降塵技術(shù)后，存在三個(gè)區(qū)域，即除塵機(jī)凈化含塵氣流后的潔凈區(qū)域、包含風(fēng)筒重疊段的新鮮空氣風(fēng)幕流經(jīng)區(qū)域、掘進(jìn)面周圍的含塵區(qū)域，具體可見2.4示意。

將高效率除塵風(fēng)機(jī)安裝于通風(fēng)除塵系統(tǒng)，氣流在由除塵風(fēng)機(jī)凈化后，若排放達(dá)標(biāo)，則利用混合通風(fēng)除塵技術(shù)而得到的渦流控塵工藝對作業(yè)場粉塵濃度也會處理達(dá)標(biāo)。

通常說來，若切割面與除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口位置越近，那么含塵空間不大，無塵化掘進(jìn)工作面作業(yè)半徑就會比較大。為此，以附壁風(fēng)筒以及長壓短抽通風(fēng)降塵技術(shù)共同發(fā)揮而來的渦流控塵技術(shù)應(yīng)該在降塵通風(fēng)中經(jīng)常用到。

（3）有無附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)的性能比較

帶附壁風(fēng)筒和無附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)的降塵性能比較如表2.1所示。

表2.1 長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)

2.4除塵風(fēng)機(jī)的要求和選擇

2.4.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對除塵器的要求

    除塵器功能，尤其是針對呼吸性粉塵時(shí)的除塵效率，會很大程度影響渦流控塵工藝技術(shù)在除塵時(shí)的效率。所以，巷道空氣含塵濃度與除塵器除塵性能有直接關(guān)系。有必要選擇好除塵器。

除塵器性能可參考壓力損失、除塵效率、液氣比等參數(shù)，而比較重要的考慮標(biāo)準(zhǔn)可以說就是除塵效率。除塵器的除塵能力及除塵效率，除塵器耗能由壓力損失代表。除塵器的理想選擇應(yīng)該是，壓力損失非常的低，但除塵效率非常的高?；蛘咴谝欢ǖ呐欧乓?guī)定下，壓力損失可盡量的控制。

在市場上，除塵器類型多種多樣，大致可分為濕法除塵以及干法除塵，參考除塵器結(jié)構(gòu)、性能、工作原理，我國頒布了（MT159－2005）規(guī)范，規(guī)范中對除塵分機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、種類做了效除塵效率比值規(guī)定。

表2.2為煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（MT159－2005）對除塵器總粉塵除塵效率和呼吸性粉塵除塵效率的要求。

表2.2除塵器總粉塵除塵效率和呼吸性粉塵除塵效率

煤礦井下作業(yè)時(shí)，存在工作面擁擠、空間狹小的情況，采用濕法除塵器，其優(yōu)點(diǎn)在于除塵效率高、維護(hù)簡單、容易管理、方便操作、小體積，所以，濕法除塵器在國內(nèi)煤礦井下作業(yè)中經(jīng)常見到。

探討濕式除塵器，除塵效率比較高的有文丘里除塵器，因存在最大壓力損失，會消耗很大能源。對于濕式過濾除塵器，也存在較大的壓力損失，過濾速度不快，體積龐大的缺點(diǎn)。濕式旋流除塵器和纖維柵除塵器除塵效率和壓力損失。

表2.3為煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（MT159－2005）對濕式除塵器的液氣比要求。

表2.3濕式除塵器液氣比

呼吸性粉塵的除塵效率往往作為一個(gè)非常重要的考核指標(biāo)。所以，在選擇巷道除塵器時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮的是呼吸性粉塵除塵器的壓力損失、液氣比、除塵效率等層面。

2.4.2濕式纖維柵除塵風(fēng)機(jī)的性能

濕式纖維柵除塵器屬于濕法復(fù)合式除塵，包括濕式纖維柵除塵和濕式旋流除塵兩級除塵，如圖2.6所示。

圖2.6 濕式纖維柵除塵器示意圖

1噴霧段 2供水系統(tǒng)3水霧化器  4纖維柵板  5旋流器  6排污斗

濕式纖維柵除塵風(fēng)機(jī)的除塵原理包括：

（1）水霧化的霧滴通過振弦過濾板時(shí)，霧滴在不銹鋼纖維絲表面形成水膜，當(dāng)含塵氣流通過附有水膜的密集不銹鋼纖維絲時(shí)，粉塵與水膜發(fā)生了碰撞、攔截和擴(kuò)散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了粉塵的濕潤、團(tuán)聚；

（2）細(xì)小的不銹鋼纖維絲在氣流的沖擊下產(chǎn)生弦振，延長了水膜與粉塵接觸時(shí)間，增強(qiáng)了氣流的擾動(dòng)，增加了水膜與粉塵的潤濕效果；

（3）霧滴經(jīng)過振動(dòng)的纖維柵后，與氣流的傳熱、傳質(zhì)加強(qiáng)，氣流很快變成了濕飽和空氣，這一過程消除了呼吸性粉塵表面氣膜，加快了呼吸性粉塵的潤濕增重，這一過程對去除呼吸性粉塵起重要作用；

（4）霧滴和增重的粉塵經(jīng)過旋流器，形成了高速旋轉(zhuǎn)氣流，霧滴和增重的粉塵在離心力的作用下向壁面運(yùn)動(dòng)，達(dá)到高效除塵和脫水效果。

大量工程應(yīng)用實(shí)踐表明，濕式纖維柵除塵風(fēng)機(jī)性能如下：

●總粉塵除塵效率超過99%；

●呼吸性粉塵除塵效率達(dá)90%－97%；

●除塵系統(tǒng)阻力小于1200MPa；

●液氣比0.03~0.09L/m³；

●具有體積小、操作方便、管理容易、維護(hù)簡單的特點(diǎn)。

參考（MT159－2005）規(guī)范，其中規(guī)定了濕式除塵器液氣比要求、除塵效果要求。濕式纖維柵除風(fēng)機(jī)是滿足該要求的，在使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)其除塵性能比其余風(fēng)機(jī)也更好，對于呼吸性粉塵而言，在除塵時(shí)，效果也很高。

所以，可得到：在巷道除塵風(fēng)機(jī)選擇上，不妨選擇濕式纖維柵除塵風(fēng)機(jī)。

3綜掘工作面渦流控塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   分析現(xiàn)在掘進(jìn)工作面通風(fēng)除塵特點(diǎn)、設(shè)備性能、技術(shù)現(xiàn)狀，以嘉樂泉煤礦的煤巷掘進(jìn)、小斷面、低瓦斯的現(xiàn)實(shí)情況為依托，設(shè)計(jì)出的通風(fēng)降塵系統(tǒng)可完美應(yīng)用在掘進(jìn)工作面。

3.1掘進(jìn)巷道通風(fēng)除塵工藝的設(shè)計(jì)

3.1.1通風(fēng)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“巷道掘進(jìn)混合式通風(fēng)技術(shù)規(guī)范”（MT/T 441－1995）規(guī)定：

（1）涌出瓦斯的巖巷、半煤巖巷、煤巷采用的混合式通風(fēng)方式，主要應(yīng)當(dāng)為長壓、短抽、短壓以及長壓、短抽的形式。

（2）在抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)口、壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口，在計(jì)算器和掘進(jìn)工作面的遠(yuǎn)近時(shí)，需要保持在小于風(fēng)流的有效吸程范圍、有效的射程的范圍，掘進(jìn)工作面與抽出式風(fēng)筒吸風(fēng)口要保持大約5m的距離。

（3）主導(dǎo)風(fēng)筒與短壓風(fēng)筒或短抽風(fēng)筒的重疊位置長要滿足10m<h<60m的范圍值。因?yàn)楦邷叵锏肋m用長壓、短抽、短壓的形式，長壓短抽混合通風(fēng)形式可利用在嘉樂泉掘煤工作面。

在分析了長壓短抽混合通風(fēng)形式后，我們可得到以下的結(jié)論：

（1）利用長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)，是沒有辦法對巷道的粉塵污染、工作面的粉塵污染徹底消除，只能對污染程度以稍微的減輕。吸風(fēng)口形狀、工作面與壓入與抽出式風(fēng)筒的遠(yuǎn)近、壓入與抽出風(fēng)量間的匹配決定了除塵的安全性與效率。

（2）采用的長壓短抽式的附壁風(fēng)筒除塵系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)空氣流風(fēng)幕會在巷道截面形成，這樣，產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵是無法擴(kuò)散到外面的，巷道頂端聚集的瓦斯也能快速消除，該通風(fēng)控塵方式較為理想。

（3）為避免循環(huán)風(fēng)在壓風(fēng)管、抽風(fēng)管的重疊位置出現(xiàn)，設(shè)計(jì)的長壓短抽通風(fēng)除塵工藝的壓風(fēng)量Q_壓因應(yīng)為抽風(fēng)量的1.2-1.3倍。

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“巷道掘進(jìn)混合式通風(fēng)技術(shù)規(guī)范”，結(jié)合附壁風(fēng)筒渦流控塵特點(diǎn)，帶附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合通風(fēng)方式應(yīng)該是嘉樂泉煤礦煤巷的掘進(jìn)通風(fēng)除塵系統(tǒng)的選擇。

3.1.2通風(fēng)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

參考現(xiàn)有的巷道情況以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，嘉樂泉煤礦掘進(jìn)工作面帶有附壁風(fēng)筒的長壓短抽混合式通風(fēng)除塵工藝設(shè)計(jì)如圖3.1所示。

圖3.1掘進(jìn)工作面混合通風(fēng)除塵工藝

設(shè)計(jì)說明：

（1）原風(fēng)筒為壓風(fēng)軟風(fēng)筒，600mm的直徑；負(fù)壓式可伸縮風(fēng)筒為連接的除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)筒，600mm的直徑。

（2）為保證長壓短抽混合通風(fēng)方式特性，并適應(yīng)企業(yè)在通風(fēng)時(shí)的規(guī)程，安裝小風(fēng)筒（長3m、直徑500mm）于附壁風(fēng)筒尾部，掘進(jìn)工作面和風(fēng)筒出口的距離是5m。

（3）設(shè)計(jì)的附壁風(fēng)筒尾部帶調(diào)節(jié)風(fēng)門，掘進(jìn)工作面工作時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)節(jié)風(fēng)門可保持一定的開度；在停止掘進(jìn)時(shí)，全開調(diào)節(jié)風(fēng)門。

（4）為了保證附壁風(fēng)筒與掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)移動(dòng)速度一致、減輕附壁風(fēng)筒移動(dòng)工作量，附壁風(fēng)筒吊掛在可移動(dòng)軌道上，附壁風(fēng)筒與軟風(fēng)筒之間安裝可伸縮10m的骨架風(fēng)筒。

（5）在掘進(jìn)機(jī)的頂部安裝除塵機(jī)吸風(fēng)口，掘進(jìn)工作面與吸風(fēng)口間距離是4m。   

（6）除塵風(fēng)機(jī)布置在皮帶機(jī)尾可移動(dòng)的小車上，隨掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，吸風(fēng)口與除塵風(fēng)機(jī)采用可伸縮骨架風(fēng)筒，消除掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)對除塵風(fēng)機(jī)的影響。

通風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)備安裝位置如圖3.2所示。

3.4附壁風(fēng)筒的設(shè)計(jì)

渦流控塵設(shè)備中，附壁風(fēng)筒比較關(guān)鍵，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮以下幾點(diǎn)：

（1）在掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從附壁風(fēng)筒側(cè)面縫隙噴出的氣流速度要滿足特定值，這樣才能形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)流；

（2）在掘進(jìn)一些巷道時(shí)，由附壁風(fēng)筒提供旋轉(zhuǎn)風(fēng)流，另外還應(yīng)該有軸向風(fēng)流；

（3）當(dāng)關(guān)閉掘進(jìn)機(jī)時(shí)，以及關(guān)閉除塵風(fēng)機(jī)時(shí)，需要有軸向風(fēng)流；

（4）連接兩端的風(fēng)筒比較方便。

    所以，可將調(diào)解風(fēng)門設(shè)計(jì)于附壁風(fēng)筒的末端，以調(diào)節(jié)軸向風(fēng)流，那么風(fēng)門調(diào)節(jié)就比較人性化了。

    圖3.5為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的附壁風(fēng)筒。

圖3.5本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的附壁風(fēng)筒

3.5附壁風(fēng)筒的吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    因?yàn)橄锏赖母叨炔⒉惶?，傳統(tǒng)的柔性風(fēng)筒吊掛支撐體系沒有多大的剛性，附壁風(fēng)筒又過于沉重，常常出現(xiàn)地面與附壁風(fēng)筒接觸情況，附壁風(fēng)筒功能就無法發(fā)揮了。另外，也存在移動(dòng)困難、安裝時(shí)間過長的情況。

為更好的吊掛附壁風(fēng)筒，并移動(dòng)輕便，為工人減輕不必要的勞力，支撐點(diǎn)可為巷道頂端錨桿，并設(shè)計(jì)出附壁風(fēng)筒的吊掛結(jié)構(gòu)：

（1）現(xiàn)場安裝吊掛結(jié)構(gòu)時(shí)，要有很強(qiáng)的靈活性，以便在巷道中順利適應(yīng)。

（2）提高吊掛結(jié)構(gòu)的剛性，軟風(fēng)管與附壁風(fēng)筒的同心度應(yīng)當(dāng)一致。

（3）在吊掛結(jié)構(gòu)上，掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)時(shí)，附壁風(fēng)筒也能移動(dòng)的輕松自如。

（4）簡單的結(jié)構(gòu)，附壁風(fēng)筒的移動(dòng)軌道能方便交替更換前行。

    根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)的附壁風(fēng)筒吊掛結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.6所示。

圖3.6附壁風(fēng)筒吊掛結(jié)構(gòu)示意圖

1附壁風(fēng)筒  2角鋼軌道  3槽鋼  4圓鋼軸  5鋼管滾輪

6角鋼連接件  7圓鋼  8擋板  9螺母  10雙頭螺桿

11吊鉤  12巷道頂部錨桿  13螺母  14圓鋼

    在圖3.6中，我們發(fā)現(xiàn)，將角鋼（兩根，4m長）焊接得到一根┻型軌道；將段圓鋼（4根，見圖中的4）焊接在槽鋼兩邊上端，以此作為鋼管滾輪（圖中5）的軸，在┻型軌道上，槽鋼可輕松移動(dòng)。

在┻型軌道上端，用圓鋼（圖中7和14）焊成連接框架，便于┻型軌道與錨桿之間通過角鋼（圖中6）靈活連接。

    ┻型軌道通過角鋼連接件（圖中6）和雙頭螺桿（圖中10）與錨桿連接。

2根4m長的┻型軌道形成8米長附壁風(fēng)筒吊掛支撐、移動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)附壁風(fēng)筒在其中1根4m長的┻型軌道上移動(dòng)時(shí)，撤下另一根4m長的┻型軌道，接到附壁風(fēng)筒移動(dòng)的前方。

由于附壁風(fēng)筒連接有伸縮骨架風(fēng)筒，方便附壁風(fēng)筒從一根軌道過渡到另一根軌道，這樣2根┻型軌道交替前移，實(shí)現(xiàn)附壁風(fēng)筒的吊掛、移動(dòng)。

4渦流控塵技術(shù)的數(shù)值模擬及優(yōu)化

    在研究掘進(jìn)工作面的長壓短抽渦流控塵系統(tǒng)時(shí)，可采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法，首先，對工作面渦流控塵系統(tǒng)的粉塵分布擴(kuò)散狀態(tài)以及氣體流動(dòng)可輕松展示，從理論上認(rèn)識渦流控塵技術(shù)的形成過程及其優(yōu)越性，另一方面為優(yōu)化渦流控塵系統(tǒng)的布置和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

4.1數(shù)學(xué)模型的建立及數(shù)值計(jì)算方法

4.1.1附壁風(fēng)筒控塵系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

為對附壁風(fēng)筒運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)流場控塵機(jī)理有準(zhǔn)確的掌握，本文從數(shù)學(xué)模型入手，建構(gòu)出附壁風(fēng)筒控塵系統(tǒng)風(fēng)流場工作機(jī)理。

（1）假設(shè)條件

①將通風(fēng)氣流看做為不能壓縮的流體，也假設(shè)等溫通風(fēng)、避免絕熱，可忽略由流體粘性力做功所引起的耗散熱；

②流體的湍流粘性具有各向同性，湍流粘性系數(shù)μ_t可作為標(biāo)量處理；

③流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)湍流，滿足Boussinesq假設(shè)。

（2）數(shù)學(xué)模型

在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，獨(dú)頭巷道通風(fēng)可用湍流流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的各時(shí)均控制方程描述，以張量形式表示如下：

式中：ν_i：速度分量(x方向i=1；y方向i=2；z方向i=3)，m/s；μ_i：湍流動(dòng)力粘性系數(shù)，Pa·s。

在借鑒湍流二階相關(guān)量運(yùn)輸方程后，構(gòu)建的模型，以“梯度模擬假定”開始模擬，并得出了湍流功能耗散率、湍流動(dòng)能方程，為湍流時(shí)存在的均流情況提供補(bǔ)充方程，得到了數(shù)學(xué)意義上的封閉方程組。

4.1.2數(shù)值模擬方法

所謂數(shù)值模擬方法，即通過構(gòu)建幾何模型，該幾何模型和實(shí)際情況類似，并考慮邊界條件、初始條件，在數(shù)值計(jì)算模型與方法輔助下，對真實(shí)過程中存在的場的分布模擬再現(xiàn)。

    Computational fluid dynamics，CFD（計(jì)算流體力學(xué)軟件）的興起時(shí)間并不長，是主要的流體力學(xué)模型軟件。當(dāng)前，STAR-CD、PHOENICS、FLUENT、FIDAP等是常見的商業(yè)性CFD軟件。以有限元體積法為基礎(chǔ)的FLUENT軟件，對于復(fù)雜幾何區(qū)域范圍中的熱交換、流體流動(dòng)進(jìn)行分析、模擬，能夠計(jì)算不同參考系狀態(tài)下的流場、計(jì)算可壓縮與不可壓縮流、分析定常與非定常流動(dòng)以及分析多相流等。

在這次，模擬方法為歐拉——拉格朗日法，在FLUENT流體力學(xué)軟件幫助下，以SIMPLE算法，對連續(xù)相流場做計(jì)算，模擬模型為k-ε模型，最終可得速度場等信息；構(gòu)建出離散相噴射源，對離散相的跟蹤采用的是DISPLAY、PLOT圖形界面，可得出離散相流場質(zhì)量濃度、分布情況，具體的求解過程可見4.1圖示。

圖4.1  CFD工作流程圖

（1）偏微分方程的離散化

利用有限體積法Finite Volume Method（有限體積法）離散微分方程組。主要的思想有：在某計(jì)算區(qū)域劃分多塊控制體積，但不重復(fù)，各網(wǎng)格點(diǎn)周圍搭配控制體積；在各控制體積積分時(shí)，以待解微分方程行知，從而得到了離散方程。網(wǎng)格點(diǎn)中出現(xiàn)的因變量數(shù)值，即為未知數(shù)。為方便控制體積積分的求解，要對網(wǎng)格點(diǎn)間出現(xiàn)的變化規(guī)律以假定，也就是對分段面的分布剖面做假設(shè)。

區(qū)域離散方式體現(xiàn)出了有限體積法的核心。對原有的連續(xù)空間以有限個(gè)離散點(diǎn)取而代之，這就是區(qū)域離散化的本質(zhì)。進(jìn)行離散時(shí)，主要過程是：在所有計(jì)算機(jī)區(qū)域中，劃分得到子區(qū)域，這些區(qū)域不重疊，也就是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，被叫做Grid。然后，明確節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域中的位置，并計(jì)算出其控制體積。在完成了區(qū)域離散后，我們常常計(jì)算得出的要素有：

●節(jié)點(diǎn)（node）：要對位置物理量的幾何位置予以求解；

●控制體積（control volume）：主要應(yīng)用了守恒定律、控制方程中的最小幾何單位；

●界面（face）：該界面主要對與節(jié)點(diǎn)對應(yīng)控制體積的分界面位置以規(guī)定；

●網(wǎng)格線（grid line）：將相鄰的點(diǎn)以聯(lián)結(jié)，并得到了曲線簇。

控制體積可用節(jié)點(diǎn)來代表。在離散時(shí)，首先會定義控制體積中的物理量，然后再在節(jié)點(diǎn)中儲存。

（2）SIMPLE算法

SIMPLE(Semi-implicit method for pressure-linked equation)算法是一種主要擁有求解不可壓流場的數(shù)值方法，也可用于求解可壓流動(dòng)，它的核心是采用“猜測-修正”的過程。

它的基本思想為：在壓力場一定時(shí)，其可為上次迭代計(jì)算得出的值或假設(shè)的值，對離散形式中的動(dòng)量進(jìn)行求解，由此得出速度場。因?yàn)閴毫霾痪_或假定，速度場難以應(yīng)用在連續(xù)方程中。所以，有必要修正給定的壓力場。

其修正原則為：與修正后的壓力場相對應(yīng)的速度場能滿足這一迭代層次上的連續(xù)方程離散形式。參考該原則，在連續(xù)方程的離散形式中代入以動(dòng)量方程的離散形式而來的速度與壓力，以便得出壓力修正方程，再經(jīng)壓力修正方程，求解壓力修正值。再次，參考修正完成的壓力場，一個(gè)嶄新的速度場由此而來。然后，對速度的收斂做檢查，如果未收斂，給定的壓力場就是修正完成后的壓力值，并繼續(xù)計(jì)算下一層，最終到收斂出現(xiàn)。

4.2物理模型及邊界條件

4.2.1物理模型

在分析CFD時(shí)，采用的處理器為GAMBIT，該處理器質(zhì)量優(yōu)越，功能有網(wǎng)絡(luò)生成以及幾何建模。本文在根據(jù)綜掘巷道通風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置的實(shí)際情況（見圖3.1），將坐標(biāo)起點(diǎn)設(shè)置為除塵風(fēng)機(jī)排放口位，并合理的簡化其內(nèi)被幾何條件。利用GAMB IT，構(gòu)建出綜掘巷道的幾何模型，并劃分計(jì)算網(wǎng)格，如圖4.2所示；圖4.3為網(wǎng)格放大圖。

圖4.2 綜掘巷道的幾何模型及網(wǎng)格劃分

圖4.3 網(wǎng)格放大

本計(jì)算使用的是三角形控制體積，三角形的質(zhì)心就是計(jì)算節(jié)點(diǎn)，如圖中的P點(diǎn)所示。

4.2.2邊界條件及顆粒源參數(shù)

將Gambit中的物理模型導(dǎo)入到Fluent中，并對邊界條件和顆粒源參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，見表4.1。

表4.1 邊界條件和顆粒源參數(shù)

4.3掘進(jìn)工作面流場和濃度場模擬結(jié)果

4.3.1氣流沿巷道的分布規(guī)律

在巷道x方向，以一定距離為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置顯示風(fēng)速云圖的剖面圖，圖4.4為氣流沿巷道x方向風(fēng)速總體變化趨勢（對應(yīng)離掘進(jìn)面分別為1m、2m、3m、4m、6m、8m、10m、12m、14m、18m、22m、26m、28m）。

圖4.4沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

由圖4.4可以看出：

（1）旋流風(fēng)向因抽出式風(fēng)筒、掘進(jìn)機(jī)的阻隔而無法擴(kuò)散到整個(gè)巷道，導(dǎo)致了x的范圍在16m-22m，其距離掘進(jìn)面12m～18m。范圍內(nèi)的旋流風(fēng)速小于x=22m～30m（離掘進(jìn)面4m～12m）的旋流風(fēng)速；

（2）在抽氣風(fēng)筒一側(cè)的巷道，其旋流風(fēng)速并不相同；

（3）在旋流風(fēng)幕流場中，最大的風(fēng)流速度出現(xiàn)在附壁風(fēng)筒出口附近。

4.3.2司機(jī)前后流場分析

司機(jī)前后位置顯示風(fēng)速云圖的剖面圖，如圖4.5所示。

（1）x=26m（離掘進(jìn)面8m）

（2）x=27.8m （離掘進(jìn)面6.2m）

（3）x=31m（離掘進(jìn)面3m）

圖4.5掘進(jìn)機(jī)司機(jī)及其前后位置處斷面的風(fēng)速矢量（單位：m/s）

觀察圖4.5，得知，因?yàn)楦奖谛?yīng)與巷道周壁的阻隔，附壁風(fēng)筒向條隙噴出的風(fēng)流，受到了抽出式風(fēng)筒吸風(fēng)的影響，在位于掘進(jìn)司機(jī)正前方，一個(gè)嶄新的旋流氣幕屏障對巷道的斷面完全封閉，塵源沒有辦法擴(kuò)散到外面。

4.4.3粉塵擴(kuò)散規(guī)律

掘進(jìn)工作面渦流控塵系統(tǒng)的粉塵分布的模擬結(jié)果剖面圖位置風(fēng)速云圖的剖面圖位置相同，如圖4.6所示。同時(shí)，為了能反映出綜掘工作面有人作業(yè)位置處的粉塵濃度，又列出了x =27.8m( 掘進(jìn)機(jī)司機(jī)所在位置) 、z =1.8 m( 掘進(jìn)機(jī)司機(jī)離地面高度)處斷面的粉塵濃度模擬結(jié)果，如圖4.7所示；巷道整個(gè)截面粉塵平均濃度分布如圖4.8所示。

圖4.6沿巷道x方向粉塵濃度的變化趨勢（單位：kg/m³）

圖4.7司機(jī)呼吸斷面處（z=1.8m）的粉塵濃度變化趨勢（單位：kg/m³）

以掘進(jìn)面為起點(diǎn)，巷道截面粉塵平均濃度分布如圖4.8所示。

圖4.8巷道截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m³）

由圖4.6、圖4.7、圖4.8可以看出：

（1）在距離掘進(jìn)面0-4m半徑中，是粉塵的集中點(diǎn)，粉塵沒有出現(xiàn)在掘進(jìn)司機(jī)位置。

（2）因?yàn)樾黠L(fēng)擴(kuò)散受到了掘進(jìn)機(jī)、壓風(fēng)方向的作用，觀察風(fēng)筒側(cè)巷道粉塵濃度是比較低的，至少比另一側(cè)更低。

    根據(jù)上述的模擬，對巷道濃度場、通風(fēng)除塵系統(tǒng)流場的研究，粉塵因?yàn)楦奖陲L(fēng)筒構(gòu)建出的旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕而無法向外擴(kuò)散，存在十分明顯的渦流控塵結(jié)果。

4.4通風(fēng)除塵系統(tǒng)性能比較和優(yōu)化

4.4.1附壁風(fēng)筒位置變化對巷道內(nèi)流場和濃度場的影響

設(shè)置附壁風(fēng)筒離掘進(jìn)面分別為8m、10m和12m，流場分布對比如圖4.9所示；截面濃度分布如圖4.10所示。

圖4.9沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

圖4.10 巷道截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m³）

參考模擬結(jié)果，如果掘進(jìn)面和附壁風(fēng)筒距離拉近，那么掘進(jìn)面粉塵濃度或含塵區(qū)域就會很大，排塵效果也不理想。所以，在以瓦斯氣體沖淡為前提，有必要擴(kuò)大掘進(jìn)頭與附壁風(fēng)筒間的距離。

4.4.2有附壁風(fēng)筒與無附壁風(fēng)筒的比較

    對巷道長壓短抽通風(fēng)系統(tǒng)的濃度場與除塵系統(tǒng)進(jìn)行模擬，以及對比存在附壁風(fēng)筒的渦流控塵系統(tǒng)。

圖4.11為截面流場分布對比、圖4.12為截面濃度場分布對比；以掘進(jìn)面為起點(diǎn)，圖4.13為截面平均濃度分布規(guī)律。

圖4.11 沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

圖4.12 沿巷道x方向粉塵濃度的變化趨勢（單位：kg/m³）

圖4.13 巷道截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m³）

由圖4.11、圖4.12、圖4.13表明，長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)在掘進(jìn)面氣流分布速度高，在非常廣的粉塵擴(kuò)散范圍中，表明采用渦流控塵系統(tǒng)比較合理。

4.4.3吸風(fēng)口位置對巷道內(nèi)流場和濃度場的影響

將吸風(fēng)口設(shè)置在除塵風(fēng)機(jī)，大約300m寬，1000mm長，位置在掘進(jìn)機(jī)頂端，掘進(jìn)面與吸塵口的距離是3m、4m、5m。

流場分布對比如圖4.14所示；以掘進(jìn)面為起點(diǎn)，截面平均濃度分布如圖4.15所示。

圖4.14沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

圖4.15巷道截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m³）

觀察你結(jié)果，如果掘進(jìn)面和吸風(fēng)口的距離很近，那么掘進(jìn)頭降塵效果會提升，但是，在司機(jī)位置，氣流含塵濃度還是沒有怎么改變。

4.4.4吸風(fēng)口分布對巷道內(nèi)流場和濃度場的影響

將2個(gè)吸風(fēng)口設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)上端，各寬300m、長500mm，兩者之間1m的相隔距離，與掘進(jìn)面距離4m。

與一個(gè)吸風(fēng)口（長1000mm×寬300m）對比，巷道流場分布對比如圖4.16所示；巷道濃度分布對比如圖4.17；以掘進(jìn)面為起點(diǎn)，巷道截面平均濃度分布圖4.18所示。

圖4.16沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

圖4.17 沿巷道x方向粉塵濃度的變化趨勢（單位：kg/m³）

圖4.18 截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m³）

模擬結(jié)果表明：

（1）單獨(dú)使用一個(gè)吸風(fēng)口的渦流控塵，其效率比同時(shí)兩個(gè)渦流控塵效率優(yōu)越；

（2）在2個(gè)吸風(fēng)口式渦流除塵系統(tǒng)中，掘進(jìn)面與高濃度粉塵間的距離拉近了1m，進(jìn)而壓縮了含塵空間。

4.4.5部分氣流從附壁風(fēng)筒的中心軸向方向噴出

將附壁風(fēng)筒側(cè)面調(diào)節(jié)風(fēng)門打開，掘進(jìn)頭接收到從軸向噴射的20%的氣流。通風(fēng)除塵系統(tǒng)的流場和濃度場模擬結(jié)果如圖4.19、圖4.20、圖4.21、圖2.22所示。

圖4.19沿巷道x方向風(fēng)速的總體變化趨勢（單位：m/s）

圖4.20 沿巷道x方向粉塵濃度的變化趨勢（單位：kg/m³）

圖4.21  z=1m沿巷道x方向粉塵濃度的變化趨勢（單位：kg/m³）

圖4.22巷道截面平均粉塵濃度分布（單位：kg/m3）

分析模擬研究結(jié)果，如果由附壁風(fēng)筒全部流出氣流，這個(gè)效果顯然沒有20%氣流從壓風(fēng)筒軸向流出好，其潔凈工作面會大約向前做1m 的推進(jìn)。

4.5結(jié)論

（1）利用渦流控塵系統(tǒng)，在離掘進(jìn)面5m半徑范圍，由旋流風(fēng)幕壓縮的含塵氣體都在這里，含塵氣流的外擴(kuò)被有效組織。

（2）對比長壓短抽混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)，渦流控塵系統(tǒng)的抽風(fēng)管、壓風(fēng)管間的重疊位置存在著新風(fēng)氣流，有更高的安全性。

（3）如果掘進(jìn)面和吸塵口的距離越近，那么掘進(jìn)面就沒有多大的含塵空間了。

（4）利用2個(gè)吸塵口進(jìn)行吸塵處理，其可使掘進(jìn)面與粉塵間的距離拉近1m。

（5）采用的附壁風(fēng)筒側(cè)面調(diào)節(jié)，掘進(jìn)頭可接收到20%的氣流，大大的縮小的渦流控塵面積。

5項(xiàng)目研究的實(shí)施過程

    由于巷道的一些特殊條件和具體情況，項(xiàng)目研究的實(shí)施過程時(shí)間較長。集團(tuán)公司通風(fēng)管理部、嘉樂泉煤礦和江都市引江礦業(yè)設(shè)備有限公司在項(xiàng)目實(shí)施過程中曾九次進(jìn)行方案的論證、探討和實(shí)施，這些因素為渦流控塵系統(tǒng)方案的制定和完善提供了豐富的素材，為研究成果的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.1項(xiàng)目實(shí)施前的基本情況

位于太原的煤礦企業(yè)嘉樂泉煤礦，原有的掘進(jìn)工作面僅僅采用了壓入式通風(fēng)系統(tǒng)。所以使用該系統(tǒng)不會出現(xiàn)煤塵爆炸、瓦斯爆炸，但是，工作面接受壓風(fēng)的吹拂，產(chǎn)塵點(diǎn)煤塵被揚(yáng)起，掘進(jìn)巷道會排除濃度較高的含塵污風(fēng)，嚴(yán)重污染了巷道與工作面，礦工工作條件并不好。

在掘進(jìn)工作面廣泛采用了長壓短抽混合通風(fēng)除塵形式，對工作面粉塵問題加以很大的改善。從前述分析可知，工作面粉塵也不可能由長壓短抽混合通風(fēng)除塵方式而達(dá)標(biāo)；實(shí)現(xiàn)工作面粉塵濃度達(dá)標(biāo)，可以采用渦流控塵綜合除塵系統(tǒng)。這一系統(tǒng)也應(yīng)用在重點(diǎn)煤礦，比如同煤集團(tuán)、焦煤集團(tuán)、潞安集團(tuán)，效果良好。

由于類似本公司所屬的煤礦規(guī)模、地質(zhì)條件礦井的渦流控塵系統(tǒng)應(yīng)用鮮見實(shí)例，公司在這方面的研究與探討幾乎為零。公司領(lǐng)導(dǎo)本著以人為本的原則，促使通風(fēng)管理部積極組織開展綜掘工作面渦流控塵系統(tǒng)的應(yīng)用研究，積累經(jīng)驗(yàn)，形成完整的系統(tǒng)方案，項(xiàng)目研究成功后，以點(diǎn)帶面，促使本技術(shù)在集團(tuán)公司煤礦全面實(shí)施。

5.2項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題和解決方案

5.2.1除塵風(fēng)機(jī)的選擇問題

（1）選擇除塵風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的問題和解決方案

從前面探討了幾種實(shí)施方案，在嘉樂泉煤礦中，利用長壓短抽混合風(fēng)筒除塵解決煤巷掘進(jìn)工作面問題，選擇了KCS－408ZZ型煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)，該除塵風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量408m³/min。

由于掘進(jìn)巷道高度只有2.5m，遇到斷層時(shí)，高度遠(yuǎn)低于2.5m。在除塵風(fēng)機(jī)安裝過程中，由于KCS－408ZZ型除塵風(fēng)機(jī)體積大，巷道高度不能滿足安裝要求或滿足除塵風(fēng)機(jī)前行而被放棄。

經(jīng)過探討和論證后，改用KCS－225ZZ型除塵風(fēng)機(jī)，壓風(fēng)量與抽風(fēng)量相匹配，巷道高度也滿足要求，使用效果非常理想。

（2）選擇除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)遵循的方針

按照《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定的精神，總結(jié)出混合通風(fēng)除塵系統(tǒng)選擇除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)遵循的步驟為：

①認(rèn)定掘進(jìn)巷道斷面大小，認(rèn)定掘進(jìn)巷道的性質(zhì)；

②依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，了解巷道最低允許風(fēng)速，如煤巷、巖巷、巖煤巷、巷道溫度、掘進(jìn)方式、掘進(jìn)工作面最多人數(shù)等；

③依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》通風(fēng)安全要求，計(jì)算掘進(jìn)巷道最低局部通風(fēng)量；

④根據(jù)設(shè)計(jì)的巷道局部通風(fēng)量，依據(jù)混合通風(fēng)除塵方式的安全要求，確定匹配的除塵風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量；

⑤參考MT159-2005技術(shù)條件規(guī)定，除塵器選擇要參考除塵器處理風(fēng)量、除塵器的型號，并且是最好的。

⑥如果附壁風(fēng)筒在通風(fēng)系統(tǒng)中，也要明確最小的附壁風(fēng)筒縫噴射氣流隙速度，以此設(shè)定附壁風(fēng)筒。

其實(shí)，嘉樂泉煤礦巷道斷面高2.5m，寬3.2m，即8m3，參考《煤礦安全規(guī)程》，最低的掘進(jìn)工作面風(fēng)俗應(yīng)當(dāng)是煤巷V_掘≥0.25m/s，那么：

煤巷掘進(jìn)最低的壓風(fēng)風(fēng)量Q_掘>15S_掘max=150×8=120m³/min。

而巷道現(xiàn)有壓風(fēng)實(shí)測Q_{壓風(fēng)}=（3.14/4）×0.6²×16×60=271 m³/min，這一點(diǎn)，是符合《煤礦安全規(guī)程》中對掘進(jìn)面風(fēng)量規(guī)定的。

另外，《煤礦安全規(guī)程》中也有這樣的規(guī)定，如果利用的是長壓短抽除塵系統(tǒng)，要使循環(huán)風(fēng)不出現(xiàn)在巷道內(nèi)，要設(shè)計(jì)出壓風(fēng)量>抽出風(fēng)量，取值約為20%-30%，那么，除塵風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量可推算得到：

Q_{抽風(fēng)}=208－226 m³/min。

由此，可以對原先選擇得出如下結(jié)論：

①選擇KCS－408ZZ型煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)，有必要改造巷道壓風(fēng)系統(tǒng)，確保483m3/min的壓風(fēng)量，且巷道的高度應(yīng)該適宜，以便安裝；

②保持原有工作面的壓風(fēng)系統(tǒng)，選擇KCS－408ZZ型除塵風(fēng)機(jī)因抽氣量太太，不符合《煤礦安全規(guī)程》，必須改用處理風(fēng)量與壓風(fēng)量相配匹配的除塵風(fēng)機(jī)，如KCS－225ZZ型煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)。

系統(tǒng)除塵風(fēng)機(jī)更換后的運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)除塵效果良好，壓風(fēng)和抽氣量匹配合理，除塵風(fēng)機(jī)的更換及時(shí)。

5.2.2附壁風(fēng)筒的安裝

作為柔性風(fēng)筒，吊掛支撐結(jié)構(gòu)并不需要太高的要求，其掛吊可直接在巷道壁面護(hù)欄上進(jìn)行。在與附壁風(fēng)筒連接后，因?yàn)楦奖陲L(fēng)筒非常的重。在巷道避免吊掛的方式不合適了，在附壁風(fēng)筒的穩(wěn)定性、固定的高度以及掘進(jìn)機(jī)與附壁風(fēng)筒移動(dòng)同步的問題都有比較高的要求。

在考慮附壁風(fēng)筒吊掛時(shí)需要注意的幾點(diǎn)要求，堅(jiān)持就地取材、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單的思維，在經(jīng)嚴(yán)格的構(gòu)思、論證以及探討，最終選擇的支撐點(diǎn)為巷道的頂部錨桿，并設(shè)計(jì)出吊掛結(jié)構(gòu)，見“3.1.6附壁風(fēng)筒的吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。這一設(shè)計(jì)解決了本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)，亮點(diǎn)突出。

5.2.3其它問題

    （1）防小車側(cè)翻

因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)突然性與慣性的特點(diǎn)，除塵風(fēng)機(jī)與其上部的小車會出現(xiàn)側(cè)翻。為了控制側(cè)翻事故的發(fā)生，在設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分的考慮小車，比如可將側(cè)翻擋板安裝在車輪一側(cè)，讓車輪、擋板構(gòu)成一體。如果除塵機(jī)傾斜，利用防側(cè)翻擋板與軌道的連接，除塵風(fēng)機(jī)不再側(cè)翻、傾斜。

（2）除塵風(fēng)機(jī)吸塵罩

除塵風(fēng)機(jī)吸收效率與吸塵罩結(jié)構(gòu)、位置有很大的關(guān)系。

在較多情況，吸塵罩通常是圓筒，風(fēng)管大小和其直徑一樣。以掘進(jìn)工作面中的空間條件為研究發(fā)現(xiàn)，相對于圓筒吸塵罩，扁平吸塵罩的吸塵效果、吸塵的范圍更加的優(yōu)越，所以，在本項(xiàng)目中，引進(jìn)的是扁平吸塵罩。

工作面與吸塵罩的距離越近，那么吸塵效果會更佳，通常以3m較為合適。因?yàn)橄锏栏叨炔⒉桓?，在該?xiàng)目中，設(shè)計(jì)了工作面與吸塵罩間距離為4m的結(jié)果，會稍微影響到吸塵效果。但是，并不是很大程度的影響到司機(jī)位置氣流含塵濃度，這主要在于工作面與司機(jī)的距離在6m以上。

當(dāng)然，吸塵罩的吸塵口可以為兩個(gè)，并有一定距離的間隔。在模擬分析中，一定范圍中的粉塵濃度也會得到降低。

在巷道有限的條件下，工作面與吸風(fēng)口距離可以縮短，吸風(fēng)口也可以設(shè)計(jì)成兩個(gè)。

5.3工作面含塵濃度測試結(jié)果

在安裝附壁風(fēng)筒與沒有附壁風(fēng)筒的狀態(tài)下，測試巷道通風(fēng)除塵系統(tǒng)中的含塵濃度，測試數(shù)據(jù)見表5.1。

表5.1巷道粉塵濃度測試數(shù)據(jù)

分析5.1，在綜掘工作面實(shí)施了渦流控塵系統(tǒng)，取得了一些成果：

（1）相對于長壓短抽除塵系統(tǒng)而言，明顯的降低了各巷道區(qū)域的粉塵濃度，這表明了在降塵效果上，渦流控塵熊比較好。

（2）另外，也明顯的降低了司機(jī)處的粉塵濃度。掘進(jìn)司機(jī)位置粉塵濃度下降到   mg/m³，司機(jī)在操作時(shí)，也不會因?yàn)檫^高的粉塵濃度而看不清前面。相對于在沒有附壁風(fēng)筒的長壓短抽系統(tǒng)，有效的降低粉塵濃度超過了80%。

（3）有效的提升了系統(tǒng)的降塵效率。在除塵系統(tǒng)排放位置，存在7.84mg/m3的粉塵平均濃度，0.82mg/m3的呼吸性粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)95.8%的除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用效率，指標(biāo)與規(guī)定相符。尤其對于呼吸性粉塵，降低后的濃度為0.82mg/m³，比較理想。

應(yīng)用渦流控塵系統(tǒng)于綜掘工作面，實(shí)現(xiàn)了很高的降塵效率，極大的改善了作業(yè)區(qū)域的空氣環(huán)境，操作人員都為此受益。

5.4渦流控塵技術(shù)存在的問題和解決方法

通過模擬結(jié)果、理論分析，工作面粉塵濃度可由渦流控塵系統(tǒng)而達(dá)標(biāo)，分析5.1,表格，發(fā)現(xiàn)其和作業(yè)場空氣粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)有較大的差距，其主要的原因在于：

（1）過于龐大的掘進(jìn)機(jī)機(jī)身，對附壁風(fēng)筒的旋轉(zhuǎn)氣流的流場有一定的破壞，導(dǎo)致渦流控塵技術(shù)無法發(fā)揮最大的控制效率，這也是無法避免的應(yīng)用難題。

對于解決之道，不妨從吸塵口數(shù)量入手，加大數(shù)量，在產(chǎn)塵點(diǎn)周圍布置吸塵口，那么產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵會得到擴(kuò)散控制。

（2）在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，出現(xiàn)圓盤轉(zhuǎn)載機(jī)上料、伸縮皮帶與輸送皮帶之間的物料轉(zhuǎn)載，細(xì)微粉塵就會在物料中二次揚(yáng)起，并擴(kuò)散到巷道的通風(fēng)氣流處，讓沒有塵的位置也出現(xiàn)了塵。

    采取解決措施，不妨定時(shí)的對伸縮皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)、圓盤轉(zhuǎn)載機(jī)上料位置進(jìn)行除塵處理，避免二次的細(xì)微粉塵揚(yáng)起。

（3）某些難以明確的原因，也可能增加系統(tǒng)粉塵濃度。比如，附壁風(fēng)筒軸向風(fēng)流擾動(dòng)、調(diào)整附壁風(fēng)筒處位置等。

6結(jié)論

“綜掘工作面渦流控塵綜合除塵系統(tǒng)研究”項(xiàng)目，在集團(tuán)公司通風(fēng)管理部、嘉樂泉煤礦、江都市引江礦業(yè)設(shè)備有限公司等有關(guān)部門的配合協(xié)調(diào)下，在項(xiàng)目參與人員的共同努力下，經(jīng)過一年多的探索、方案論證與變更、系統(tǒng)安裝與調(diào)試、系統(tǒng)運(yùn)行等過程，達(dá)到了預(yù)期的效果和目標(biāo)。

項(xiàng)目成功實(shí)施過程中的經(jīng)歷、總結(jié)出的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)及操作運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為渦流控塵技術(shù)在公司其它煤礦推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在該項(xiàng)目，實(shí)施的比較成功，控塵效果也和預(yù)期相差不遠(yuǎn)。這說明了，采用的渦流控塵通風(fēng)除塵系統(tǒng)在實(shí)踐中先進(jìn)、可靠、可行，對于工作面的粉塵污染，可最大限度改善，這也說明作業(yè)場空氣粉塵濃度有了達(dá)標(biāo)治理的希望。