掘进巷道粉尘控制技术的研究与应用

成果名称：掘进巷道粉尘控制技术的研究与应用
申报单位：北京科技大学
通风地址：北京科技大学土木与环境工程学院 邮政编码：100083
联系人： 蒋仲安      电话：010—62319591
电子信箱：jza1963@263.net
完成单位：
北京科技大学
邢台矿业（集团）有限责任公司东庞矿
天府矿务局磨心坡煤矿
成果类别：新技术、新产品
成果水平：国际先进
成果来源：国家计划、其他
成果评价方式：鉴定、验收

成 果 简 介
掘进巷道粉尘控制技术的研究与应用
1．立项背景
矿井开采过程中各个生产工序都会产生大量粉尘，其中采掘工作面的粉尘量为最大，粉尘浓度高达1000～3000mg/m3，工人在此环境中作业， 必将吸入大量粉尘（特别是呼吸性粉尘）而导致尘肺病，据煤矿统计资料表明平均年死于尘肺病者比同期井下工人伤亡人数高一倍左右；另外，粉尘具有爆炸性，严重威协矿井的安全生产。为此，必须采取一切措施，用来有效控制粉尘的扩散和飞扬，使巷道风流中的粉尘浓度降至安全规程规定值以下，以保证井下作业环境的卫生条件，保障工人的身体健康，促进矿井安全生产。由于粉尘的控制离不开粉尘的的运动、沉降、扩散和浓度分布等规律，只有深入仔细地研究掘进巷道中粉尘的运行规律，才能有效地控制粉尘。目前,我国矿山长期以来，粉尘控制主要采用喷雾洒水和通风排尘等措施，试验表明喷雾洒水对粉尘的除尘效率不高，特别对呼吸性粉尘除尘效率较低。根据国内外煤矿的生产经验，坚持综合治理是最有效的，国外煤矿掘进工作面广泛采用除尘设备抽尘净化、通风除尘和喷雾除尘等综合除尘措施，取得了显著成效。因此，我国的粉尘控制技术必须在风水防尘措施的基础上向除尘设备的方向发展。
为此，本项目结合我国矿井的生产技术条件，在现场调查、实测数据、理论分析和实验室相似模型实验研究的基础上， 研究掘进巷道粉尘的运行规律，研制适用于掘进工作面除尘的高效、实用、新型的除尘设备（称自激式水浴水膜除尘设备），并进行现场工业性试验，再配合其它除尘措施，使粉尘浓度达到安全规程规定值以下。
针对上述存在的问题和研究的目的，项目得到了国家自然科学基金、邢台矿业集团、重庆天府矿务局和开滦集团等单位的资助。
2．主要特点：
1）建立掘进巷道中粉尘的运动规律，编制数学模型和计算机程序，解算不同产尘条件下巷道中粉尘的运动规律，使现场实测、实验室模拟与理论计算相一致。?
2）通过理论分析计算、实验室研究，研制出适合于我国井下掘进工作面生产条件，具有体积小、重量轻、移动安装方便、高效、实用自激式水浴水膜除尘设备。
5）现场工业性试验和实际应用表明：掘进工作面使用该种除尘设备的除尘系统可使掘进机司机处粉尘的降尘效率达到85.87%，呼吸性粉尘的降尘效率达到70%以上；除尘系统风机出口处后，巷道中粉尘的降尘效率达到95%以上，呼吸性粉尘的降尘效率达也到85%以上；而除尘器本身的除尘效率可达到99%以上。
3．创新性：
（1）首次用气固两相流动理论，建立掘进巷道中粉尘运动规律的数学模型，并编制计算机程序，求解不同条件下掘进巷道中粉尘运动的变化规律。?
（2）首次用模拟巷道来研究实际巷道，得出粉尘的运动规律随尘源位置、产尘强度、巷道风速等因素的变化规律。?
（3）通过对湿式除尘机理的研究和针对井下掘进巷道的特点，创造性地研制了自激式水浴水膜除尘器，其结构简单新颖。与其它除尘设备相比，具有体积小、结构简单、移动方便、阻力低、除尘效率高（特别对呼吸性粉尘的除尘效率）等优点。?
（4）首次建立脱水效果与液气比、以及该种湿式除尘器性能的经验和半经验公式；以及运用相似理论，确定该种类型不同尺寸的除尘器性能参数，并确定除尘器系列产品。
（5）研制出的与掘进机相配套的通风除尘系统（包括除尘设备、配套除尘措施的安装要求），能使掘进巷道和工作面的粉尘浓度大大降低、并在多个矿井的机掘工作面中得到应用，解决了井下掘进巷道多年难以解决的粉尘问题。
4．成果水平：
经专家研究成果整体达到国际先进水平
5．应用效果及推广前景：
本项目研制出的自激式水浴水膜除尘器与相配套的掘进工作面除尘系统，已在邢台矿业集团东庞煤矿，开滦集团唐山矿、荆各庄矿等矿井机械化煤巷掘进工作面中得到广泛应用，应用结果表明：使用该套除尘系统可使掘进机司机处粉尘的降尘效率达到84%以上，呼吸性粉尘的降尘效率达到70%以上；除尘系统风机出口处后，巷道中粉尘的降尘效率达到95%以上，呼吸性粉尘的降尘效率达也到83%以上；而除尘器本身的除尘效率可达到99%以上。另外，该种除尘设备还应用到天府矿务局摩心坡煤矿回风巷除尘和其它矿井的翻罐笼除尘。
总之，由该项目研究的成果，目前已在多个煤炭企业掘进工作面中得到应用，而且正在不断地推广应用。为控制掘进工作面的粉尘，改善工人的作业环境，提高机掘工作面的掘进速度，预防和减少工人尘肺病的发生起着极其重要的作用，由此带来巨大的社会和经济效益。且具有较大的推广应用前景。