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摘 要：本文对掘进机产生粉尘的机理以及掘进机工作面防尘措施进行了探讨，并介绍了一种气喷灭尘装置。
Abstract：This article on the TBM dust generating mechanism and boring machine working face dustproof measures were discussed, and introduced a kind of gas dust suppression device.
关键词：掘进机 粉尘 气喷灭尘装置
Key words： TBM dust gas dust suppression device
一、引言
随着采掘机械化程度的不断提高，采用掘进机的煤矿越来越多，掘进机具有掘进速度快、单位时间进尺高、巷道成形好的优点，但同时也存在粉尘产生量高的问题，这就给矿井的粉尘防治工作带来了一定的困难。虽然掘进机厂家均设计了机载内、外喷雾系统，但由于内喷雾系统在使用中问题较多，主要表现在浮动密封易失效，造成漏水，易烧坏轴承；喷雾水压力需在3Mpa以上，且水质要求很高；喷嘴容易堵塞等。因此研究掘进机粉尘控制技术，降低掘进工作面的粉尘浓度是目前亟待解决的一个问题
二、掘进机产尘机理
掘进机产尘的主要环节有掘进机截割头强力截割煤岩、煤岩下落或顶板局部冒落、装运、转载煤岩、机器行走等。
掘进机截割头强力截割煤岩时产生的粉尘是综掘工作面粉尘的主要来源。截齿靠近煤壁并与煤壁接触，煤壁受到挤压而形成密实核，截齿深入煤壁，密实核进一步扩散并同时承受剪切力作用，当截齿离开煤壁时，密实核破碎而成粉未状掉落下来形成煤尘。如果降落的煤尘随着截割头的旋转而飞扬起来，就使得煤尘进入运动的气流中扩散。这些粉尘呈悬浮状态并随着工作面风流扩散，如果不在产尘源及时控尘，则会造成很严重的粉尘污染，不但影响矿工的身体健康，同时还容易引起煤尘爆炸。
三、综掘工作面防尘措施
综掘工作面采用掘进机强力截割煤、岩时，产尘量特别大，所以综掘面防尘是矿井综合防尘工作中关键的一环。根据综掘面粉尘产生机理，可采取如下防尘措施进行综合治理：
（一）确定最佳截割参数，减少产尘量
掘进机强力截割煤、岩时产生的粉尘，是掘进工作面的主要尘源。确定最佳截割参数的内容包括合理的截齿类型、截齿锐度、截齿布置方式、截齿锐度、截割深度、截割路线等。
1. 在购买掘进机前，将矿井巷道的地质情况提供给供货商，使其提供符合矿井实际情况的截齿类型、截齿锐度、截齿高度、截齿布置方式。
2. 在生产过程中，探索最佳的截割方式，截割深度在0.55～0.6米。截割时，利用截割头上下，左右移动截割，可截割出初步断面形状，若截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，以达到断面尺寸要求。截割时，先在煤层处截割出柱窝，然后沿煤层左右截割，再从下而上截割上部岩层，最后截割底部岩层。当截割遇到硬岩时，不应勉强截割，对有部分露头的硬岩，应先截割其周围部分使其坠落。
（二）利用局部通风系统除尘
我国煤矿传统的巷道掘进通风采用的是局部通风机压入式通风方式。这种通风方式虽然具有通风设备简单、管理方便、能及时排除工作面烟尘和冲散工作面瓦斯、并能使工作面含尘空气迅速沿巷道排出等优点。但随着掘进机械化水平的提高，工作面的瓦斯涌出量和产尘强度急剧上升，若仍采用单一的压入式通风方式，将会使大量的粉尘吹出工作面，造成部分巷道及回风系统的严重污染，直接影响着工人的身体健康。此外，由工作面排出来的粉尘逐步地沉降积聚也是影响矿山安全的一大隐患。所以单一的压入式通风方式已不能适应综掘工作面的除尘和稀释瓦斯等安全上的要求。
根据综掘工作面瓦斯粉尘的实际情况，在选用我国现有的湿式除尘风机的基础上，我们选择了长压短抽式通风方式来解决综掘机掘进通风问题。压入式风筒口与除尘风机风筒吸风口的相互位置如图1所示。L压=10～15m；L抽=1～3m。为了保证长压短抽式通风系统的风流流动，应使压入风量小于抽出风量，即Q压＜Q吸，Q压应小于Q吸的20%～30%左右。在从事其余工序时，将除尘风筒口移至距碛头5～7米处，关掉除尘风机，采取单一的压入式通风方式。
（三）改进机载喷雾降尘系统
目前掘进机厂家均设计了机载内、外喷雾系统，但由于内喷雾系统在使用中问题较多，主要表现在浮动密封易失效，造成漏水，易烧坏轴承；喷雾水压力需在3Mpa以上，且水质要求很高；喷嘴容易堵塞。我国现使用掘进机的煤矿一般采用加大水量，使用外喷雾配置除尘风机来除尘，但仍存在下列问题：
1. 截割头降温差，截齿磨损严重。
2. 能见度低，影响司机视线造成巷道成形差。
3. 灭尘效果差，经测定只采用外喷降尘方式除尘，粉尘浓度达到778.5(mg/m3)。
4. 巷道积水严重，掘进机行走困难。
针对上述问题，我们经过多次试验改进，采用了一种利用压风气喷的装置，既控制了水量，解决了积水问题，又起到了灭尘的作用，还降低了截割头的温度，减少了截齿的消耗；同时还能吹散局部瓦斯。
气喷灭尘装置的结构如图2所示，它由前后夹板1、9，密封圈2、8，水环7，环形喷嘴8，连接螺栓及垫圈等组成。冷却截割电机和油箱的冷却水经进水管道流入水环7，然后从环形喷嘴8喷出，与压缩空气混合成为雾状水喷出。
此装置安装在掘进机前部的面板上，左右各一个，由油箱和截割电机的冷却水通过胶管供水，由空压机经过气管供气，供气压力一般在0.8～1MPa。
1、9-前后夹板；2、8-密封圈；3、4、5、6-连接螺栓及垫圈；7-水环；8-环形喷嘴根据气喷降尘装置的性能试验知：当气喷降尘喷嘴距离截割滚筒太近时，喷雾水气流到达滚筒的时候尚没有充分地扩散，形成的负压区域狭小，水流、粉尘以及气流的混合效果差，而且水流到达煤壁的时候速度过大，容易将已经割下的粉尘又重新吹起来，形成二次扬尘；距离过远又不能够将滚筒附近的粉尘控制住。根据现场的试验，距离碛头1.5～2.0m时降尘效果较理想。
气喷降尘降尘装置的气压越高，形成的负压区域越大，雾化效果越好，控尘和降尘效果越明显。但是，雾粒容易被风流吹散，从而在迎头区域形成较大气雾，影响到掘进机司机的视线。因此，在保证降尘效果的同时，应保持一定的气压，使得掘进机司机视线清晰、便于操作。经过试验，气压为0.8MPa的时候效果较好。
经测定，采用气喷加除尘风机综合除尘方式后，粉尘浓度降为128.75——150(mg/m3) ，大大改善了工作环境。
四、结论
在使用长压短抽出式通风方式和气喷除尘装置后，工作面的粉尘浓度较仅仅使用除尘风机进行除尘有了很大程度的减少。根据现场测定来看，采用综合降尘措施后的降尘效果达到了预期的目标。表明了综合控尘技术能够实现巷道的快速掘进，同时也能够解决粉尘含量高的问题，保证了掘进生产的高速高效开展，现场应用效果明显。
参考文献：
1、 张贤友，矿井防尘工[M]。北京：煤炭工业出版社，2006。
2、 国家煤矿安全监察局，煤矿安全规程[M]。北京：煤炭工业出版社，2009。
3、 黄元平，矿井通风[M]。徐州：中国矿业大学出版社，2003。
Abstract：This article on the TBM dust generating mechanism and boring machine working face dustproof measures were discussed, and introduced a kind of gas dust suppression device.
关键词：掘进机 粉尘 气喷灭尘装置
Key words： TBM dust gas dust suppression device
一、引言
随着采掘机械化程度的不断提高，采用掘进机的煤矿越来越多，掘进机具有掘进速度快、单位时间进尺高、巷道成形好的优点，但同时也存在粉尘产生量高的问题，这就给矿井的粉尘防治工作带来了一定的困难。虽然掘进机厂家均设计了机载内、外喷雾系统，但由于内喷雾系统在使用中问题较多，主要表现在浮动密封易失效，造成漏水，易烧坏轴承；喷雾水压力需在3Mpa以上，且水质要求很高；喷嘴容易堵塞等。因此研究掘进机粉尘控制技术，降低掘进工作面的粉尘浓度是目前亟待解决的一个问题
二、掘进机产尘机理
掘进机产尘的主要环节有掘进机截割头强力截割煤岩、煤岩下落或顶板局部冒落、装运、转载煤岩、机器行走等。
掘进机截割头强力截割煤岩时产生的粉尘是综掘工作面粉尘的主要来源。截齿靠近煤壁并与煤壁接触，煤壁受到挤压而形成密实核，截齿深入煤壁，密实核进一步扩散并同时承受剪切力作用，当截齿离开煤壁时，密实核破碎而成粉未状掉落下来形成煤尘。如果降落的煤尘随着截割头的旋转而飞扬起来，就使得煤尘进入运动的气流中扩散。这些粉尘呈悬浮状态并随着工作面风流扩散，如果不在产尘源及时控尘，则会造成很严重的粉尘污染，不但影响矿工的身体健康，同时还容易引起煤尘爆炸。
三、综掘工作面防尘措施
综掘工作面采用掘进机强力截割煤、岩时，产尘量特别大，所以综掘面防尘是矿井综合防尘工作中关键的一环。根据综掘面粉尘产生机理，可采取如下防尘措施进行综合治理：
（一）确定最佳截割参数，减少产尘量
掘进机强力截割煤、岩时产生的粉尘，是掘进工作面的主要尘源。确定最佳截割参数的内容包括合理的截齿类型、截齿锐度、截齿布置方式、截齿锐度、截割深度、截割路线等。
1. 在购买掘进机前，将矿井巷道的地质情况提供给供货商，使其提供符合矿井实际情况的截齿类型、截齿锐度、截齿高度、截齿布置方式。
2. 在生产过程中，探索最佳的截割方式，截割深度在0.55～0.6米。截割时，利用截割头上下，左右移动截割，可截割出初步断面形状，若截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，以达到断面尺寸要求。截割时，先在煤层处截割出柱窝，然后沿煤层左右截割，再从下而上截割上部岩层，最后截割底部岩层。当截割遇到硬岩时，不应勉强截割，对有部分露头的硬岩，应先截割其周围部分使其坠落。
（二）利用局部通风系统除尘
我国煤矿传统的巷道掘进通风采用的是局部通风机压入式通风方式。这种通风方式虽然具有通风设备简单、管理方便、能及时排除工作面烟尘和冲散工作面瓦斯、并能使工作面含尘空气迅速沿巷道排出等优点。但随着掘进机械化水平的提高，工作面的瓦斯涌出量和产尘强度急剧上升，若仍采用单一的压入式通风方式，将会使大量的粉尘吹出工作面，造成部分巷道及回风系统的严重污染，直接影响着工人的身体健康。此外，由工作面排出来的粉尘逐步地沉降积聚也是影响矿山安全的一大隐患。所以单一的压入式通风方式已不能适应综掘工作面的除尘和稀释瓦斯等安全上的要求。
根据综掘工作面瓦斯粉尘的实际情况，在选用我国现有的湿式除尘风机的基础上，我们选择了长压短抽式通风方式来解决综掘机掘进通风问题。压入式风筒口与除尘风机风筒吸风口的相互位置如图1所示。L压=10～15m；L抽=1～3m。为了保证长压短抽式通风系统的风流流动，应使压入风量小于抽出风量，即Q压＜Q吸，Q压应小于Q吸的20%～30%左右。在从事其余工序时，将除尘风筒口移至距碛头5～7米处，关掉除尘风机，采取单一的压入式通风方式。
（三）改进机载喷雾降尘系统
目前掘进机厂家均设计了机载内、外喷雾系统，但由于内喷雾系统在使用中问题较多，主要表现在浮动密封易失效，造成漏水，易烧坏轴承；喷雾水压力需在3Mpa以上，且水质要求很高；喷嘴容易堵塞。我国现使用掘进机的煤矿一般采用加大水量，使用外喷雾配置除尘风机来除尘，但仍存在下列问题：
1. 截割头降温差，截齿磨损严重。
2. 能见度低，影响司机视线造成巷道成形差。
3. 灭尘效果差，经测定只采用外喷降尘方式除尘，粉尘浓度达到778.5(mg/m3)。
4. 巷道积水严重，掘进机行走困难。
针对上述问题，我们经过多次试验改进，采用了一种利用压风气喷的装置，既控制了水量，解决了积水问题，又起到了灭尘的作用，还降低了截割头的温度，减少了截齿的消耗；同时还能吹散局部瓦斯。
气喷灭尘装置的结构如图2所示，它由前后夹板1、9，密封圈2、8，水环7，环形喷嘴8，连接螺栓及垫圈等组成。冷却截割电机和油箱的冷却水经进水管道流入水环7，然后从环形喷嘴8喷出，与压缩空气混合成为雾状水喷出。
此装置安装在掘进机前部的面板上，左右各一个，由油箱和截割电机的冷却水通过胶管供水，由空压机经过气管供气，供气压力一般在0.8～1MPa。
1、9-前后夹板；2、8-密封圈；3、4、5、6-连接螺栓及垫圈；7-水环；8-环形喷嘴根据气喷降尘装置的性能试验知：当气喷降尘喷嘴距离截割滚筒太近时，喷雾水气流到达滚筒的时候尚没有充分地扩散，形成的负压区域狭小，水流、粉尘以及气流的混合效果差，而且水流到达煤壁的时候速度过大，容易将已经割下的粉尘又重新吹起来，形成二次扬尘；距离过远又不能够将滚筒附近的粉尘控制住。根据现场的试验，距离碛头1.5～2.0m时降尘效果较理想。
气喷降尘降尘装置的气压越高，形成的负压区域越大，雾化效果越好，控尘和降尘效果越明显。但是，雾粒容易被风流吹散，从而在迎头区域形成较大气雾，影响到掘进机司机的视线。因此，在保证降尘效果的同时，应保持一定的气压，使得掘进机司机视线清晰、便于操作。经过试验，气压为0.8MPa的时候效果较好。
经测定，采用气喷加除尘风机综合除尘方式后，粉尘浓度降为128.75——150(mg/m3) ，大大改善了工作环境。
四、结论
在使用长压短抽出式通风方式和气喷除尘装置后，工作面的粉尘浓度较仅仅使用除尘风机进行除尘有了很大程度的减少。根据现场测定来看，采用综合降尘措施后的降尘效果达到了预期的目标。表明了综合控尘技术能够实现巷道的快速掘进，同时也能够解决粉尘含量高的问题，保证了掘进生产的高速高效开展，现场应用效果明显。
参考文献：
1、 张贤友，矿井防尘工[M]。北京：煤炭工业出版社，2006。
2、 国家煤矿安全监察局，煤矿安全规程[M]。北京：煤炭工业出版社，2009。
3、 黄元平，矿井通风[M]。徐州：中国矿业大学出版社，2003。