基于塑性区的掘进机减尘方法
周文东
粉尘是最严重的职业危害之一，其导致的尘肺病目前仍然难以治愈，是我国第一大职业病。目前我国累计报告尘肺病近90万人，每年新增约1.5万名患者。高浓度可燃性粉尘悬浮在空气中还可能导致粉尘爆炸，对人民生命健康和企业安全生产有严重威胁。掘进机是隧道、巷道快速掘进的重要机械，高强度截割产生了大量粉尘，浓度可高达1000mg/m3。从源头减少粉尘产生是高效治理的第一步。
本研究通过改变掘进机截割参数实现源头减尘的方法，该方法从镐型截齿侵入煤体产生粉尘的五个步骤出发，系统考虑粉化核及塑性区体积大小与镐型截齿齿尖角度之间的关系，通过减小截齿齿尖角度和截割头旋转速度达到降低粉尘产生量的目的，在煤矿掘进工作面开展了现场减尘试验，并在掘进机司机处布置测点分析不同截割参数下的产尘量变化特征。为治理掘进面高浓度粉尘，分析发现以掘进机截割头旋转截割煤体、掘进机星轮旋转装煤和掘进机刮板运输转载点落煤为主要产尘位置。针对三个主要产尘点，设计了以掘进机自带外喷雾和湿式除尘风机为主、控尘风幕和感应式全断面水幕帘为辅的综合降尘方案治理粉尘，在掘进机机身后5 m和全断面水幕帘后方2 m处设定测尘点，分析在不同位置处的降尘效果。结果表明，当更换齿尖锥角更小的截齿后（92°& 54 rpm），呼尘和全尘平均浓度为52.5 mg/m3和346.8 mg/m3，与原始条件相比分别降低了18.5%和9.1%；再降低截割头转速后（92° & 27 rpm），呼尘和全尘平均浓分别为42.2 mg/m3和321.3 mg/m3，与原始条件相比降幅为34.5%和15.8%。利用外喷雾和除尘风机后，掘进机司机处呼尘平均浓度从42.2 mg/m3降低至4 mg/m3，降尘率为90.6%，全尘平均浓度则从321.3 mg/m3降低至20.5 mg/m3，降尘率为93.6%。掘进机机身后5m处的回风侧呼尘和全尘平均浓度分别降至6.6 mg/m3和30.1 mg/m3，降尘率分别为86.9%和91.5%，水幕帘后方2 m处呼尘和全尘平均浓度分别降低至2.4 mg/m3和3.9 mg/m3，降尘率分别为91.3%和95.1%。
图2不同截割条件下的粉尘浓度
论文信息：
Zhou W, Wang H, Wang D, et al. The effect of geometries and cutting parameters of conical pick on the characteristics of dust generation: Experimental investigation and theoretical exploration[J]. Fuel Processing Technology,2020,198:106243.
