研究发现，新型高效的风幕集尘风机除尘系统能够有效抑制粉尘颗粒向外逸散，可以在煤矿井下实际安装应用。
研究背景
在煤矿井下，综掘工作面的产尘量仅次于综采工作面。
综掘工作面的粉尘基本上来自综掘机的截割过程：截齿截割煤岩时，煤岩因受到截齿挤压，率先在接触点发生破裂。随着截齿的前进，这部分破碎体会再次被挤压形成压固核。截齿的能量则通过压固核解除约束状态，其自身积聚的能量也被释放出来，最终进入运动的气流中扩散，形成粉尘。
综掘机的连续工作不仅产生大量的煤尘，而且会产生大量的岩尘、土尘。
这些粉尘严重影响煤矿井下的生产安全。综掘工作面在没有防尘措施的情况下，全尘质量浓度为1 200~1 500 mg/m3，其中呼吸性粉尘质量浓度高达800~900 mg/m3，远超过国家规定的标准。高浓度粉尘引发煤尘爆炸，造成大量财产损失和人员伤亡，粉尘附着在设备表面，还会加剧设备损坏。
此外，粉尘对人体呼吸系统具有很大危害，特别是粒径小于2.5 μm的可呼吸性粉尘，它可以避开呼吸系统的保护，直接进入支气管及肺泡，工人长期在这样的环境下工作，极容易引发尘肺病。
虽然许多科研人员的研究使风幕技术在粉尘治理方面取得较大进展，但是目前关于风幕集尘装置流场数学模型的研究仍十分缺乏，从而给确定风幕集尘装置各项物理参数与粉尘捕集有效风速、有效范围之间的关系带来严重限制。
贾宝山团队所做研究
1—风幕集尘风机；2—抽出式风筒；3—风流方向；4—综掘机；5—除尘风机；6—压入式风机；7—压入式风筒；8—人员位置
风幕集尘风机除尘系统
在综掘机前上方左右各装载一台风幕集尘风机，为使工艺更安全，风机采用液压马达驱动，由综掘机的液压系统提供动力，产生径向风幕射流面，使综掘产尘面被牢牢封住，粉尘无法向司机处扩散，受附壁效应的影响，风流可继续向前运移，将尘源包围起来，并由抽出式风筒吸入口将高浓度粉尘抽出，再经湿式除尘风机净化后排入巷道。
风幕集尘除尘系统的风流流程
整体的掘进通风仍采用传统的压入式通风，利用风幕集尘风机造成合理的控尘流场，将粉尘与人员作业空间隔离开，保障工人免受粉尘危害。
风幕集尘风机除尘系统的流场主要由4个动力源造成，一个压入式风机、一个除尘风机、2个风幕集尘风机形成综掘工作面的整体流场。
其中压入式风机出风口风流在上部形成平面平行流后，风流分为3路：一路进入2台风幕集尘风机的吸入口，另一路进入风幕射流卷吸风流及附壁风流，后一路被风幕阻截顺势返回，即巷道的回风流。
抽出式风筒穿过风幕设在掘进巷道的端头，由于射流风幕能够完全封闭综掘工作面，无论综掘工作面风流粉尘浓度多高，都无法外溢，只能进入抽出式风筒，经过除尘风机净化后排入巷道。
研究人员以风幕集尘风机的样机为实例，从理论上对流场深入研究分析，处在井下受限空间内风机的控尘流场，可以看成是环形射流和平行平面流这两者的叠加。根据流体力学理论和势流叠加原理，建立了风机流场的数学模型。
为了验证风幕集尘风机流场数学模型的可靠性，掌握风机在受限空间内风幕射流的衰变规律，研究人员在透明有机玻璃制作的矩形模拟巷道内进行了风幕射流速度衰减试验。模拟巷道宽为2.8 m，高为2.3 m，长为12 m，风幕射流出口距离模拟巷道顶端为1 m，距离模拟巷道两边为0.95 m。
研究发现，风幕射流出口速度初期衰减较快，后期衰减变缓，数学模型所计算理论风速与实测风速基本一致，数学模型正确可靠；整体径向射流风幕需要封住的空间断面内，实测风速都在2 m/s以上，能够有效抑制粉尘颗粒向外逸散，可以在煤矿井下实际安装应用。
End
来源：贾宝山，汪伟，祁云，等.综掘工作面风幕集尘风机除尘系统设计及试验研究[J]煤炭科学技术,2018,46(4):141-145,152.
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