1、大采高綜采工作面概況

山西臨汾某礦2103工作面所采煤層為2號(hào)煤層，煤層整體向北西傾斜，傾角-2°～6°，一般為2°。煤層局部節(jié)理發(fā)育，普氏硬度為1.6，屬穩(wěn)定煤層。煤厚為5.38～7.08 m，平均為6.03 m。工作面采用走向長壁后退綜合機(jī)械化一次采全高的采煤方法，采用MG900/2300-WD型采煤機(jī)落煤，截深為0.8 m。工作面采高為6.0 m，滾筒直徑為3.2 m。采煤機(jī)牽引速度為1.14～1.53 m/min。工作面共布置139臺(tái)支架，最大支護(hù)高度為6.5 m，最小支護(hù)高度為2.9 m。工作面采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)方式，平均風(fēng)速為1.2 m/s。目前工作面所采用的防塵措施有：巷道凈化水幕、捕塵網(wǎng)、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧、采煤機(jī)內(nèi)外噴霧、支架噴霧、巷道灑水、粉塵清掃、個(gè)體防護(hù)等。

2、大采高綜采工作面截割煤塵測點(diǎn)布置

為研究大采高綜采工作面截割煤塵分布特征，分別在采煤機(jī)前后滾筒附近布置煤塵監(jiān)測點(diǎn)，測量順風(fēng)情況下和逆風(fēng)情況下大采高綜采工作面PM10,PM5,PM2.5的粉塵質(zhì)量濃度，測點(diǎn)布置如圖1所示。測量時(shí)采煤機(jī)運(yùn)行至工作面中部，即前后兩滾筒分別在65號(hào)和75號(hào)支架附近，測點(diǎn)布置沿風(fēng)流風(fēng)向依次布置，因此在順風(fēng)情況下，測點(diǎn)1位于采煤機(jī)后滾筒附近，測點(diǎn)2位于采煤機(jī)前滾筒附近；逆風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1位于采煤機(jī)前滾筒附近，測點(diǎn)2位于采煤機(jī)后滾筒附近。測量儀器選用SidePak AM520i型個(gè)體暴露粉塵儀。該儀器可實(shí)時(shí)顯示并記錄PM10、PM5、PM2.5質(zhì)量濃度。

圖1采煤機(jī)截割煤塵監(jiān)測點(diǎn)布置

3、截割可吸入煤塵分布特征分析

為保障粉塵監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，將SidePak AM520i型個(gè)體暴露粉塵儀放置于測點(diǎn)位置，靜置1 min，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后開始監(jiān)測。監(jiān)測時(shí)間為1 min，每秒記錄一次數(shù)據(jù)，共60組數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖2—圖4所示。

由圖2可以看出，順風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(后滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM10粉塵質(zhì)量濃度在411～813 mg/m3范圍內(nèi)波動(dòng)，均值為561 mg/m3；測點(diǎn)2(前滾筒)的PM10粉塵質(zhì)量濃度在83～1 113 mg/m3波動(dòng)，均值為609 mg/m3；逆風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(前滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM10粉塵質(zhì)量濃度在331～1 079 mg/m3波動(dòng)，均值為577 mg/m3；測點(diǎn)2(后滾筒)的PM10粉塵質(zhì)量濃度在154～1 158 mg/m3波動(dòng)，均值為614 mg/m3。由圖3可以看出，順風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(后滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM5粉塵質(zhì)量濃度在324～860 mg/m3波動(dòng)，均值為489 mg/m3；測點(diǎn)2(前滾筒)的PM5粉塵質(zhì)量濃度在183～825 mg/m3波動(dòng)，均值為508 mg/m3；逆風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(前滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM5粉塵質(zhì)量濃度在204～833 mg/m3波動(dòng)，均值為495 mg/m3；測點(diǎn)2(后滾筒)的PM5粉塵質(zhì)量濃度在240～1 213 mg/m3波動(dòng)，均值為522 mg/m3。由圖4可以看出，順風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(后滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM2.5粉塵質(zhì)量濃度在143～433 mg/m3波動(dòng)，均值為231 mg/m3；測點(diǎn)2(前滾筒)的PM2.5粉塵質(zhì)量濃度在185～417 mg/m3波動(dòng)，均值為245 mg/m3；逆風(fēng)時(shí)，測點(diǎn)1(前滾筒)實(shí)時(shí)監(jiān)測的PM2.5粉塵質(zhì)量濃度在37～595 mg/m3波動(dòng)，均值為242 mg/m3；測點(diǎn)2(后滾筒)的PM2.5粉塵質(zhì)量濃度在105～510 mg/m3波動(dòng)，均值為256 mg/m3。

圖2采煤機(jī)滾筒處PM10粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測曲線

圖3采煤機(jī)滾筒處PM5粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測曲線

圖4采煤機(jī)滾筒處PM2.5粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測曲線

通過對(duì)比圖2、圖3和圖4，可以發(fā)現(xiàn)：①無論順風(fēng)還是逆風(fēng)，受測點(diǎn)1處割煤、采煤機(jī)組空間內(nèi)落煤的影響，位于下風(fēng)側(cè)的測點(diǎn)2處的PM10,PM5粉塵質(zhì)量濃度波動(dòng)范圍更大，其PM10,PM5粉塵質(zhì)量濃度也大于測點(diǎn)1處的；而對(duì)于PM2.5，下風(fēng)側(cè)測點(diǎn)2處的PM2.5粉塵質(zhì)量濃度波動(dòng)范圍比測點(diǎn)1處更小，其原因與PM2.5擴(kuò)散特征有關(guān)，微細(xì)顆粒的擴(kuò)散更為均勻，其PM2.5粉塵質(zhì)量濃度大于測點(diǎn)1處的。②對(duì)于測點(diǎn)1，順風(fēng)時(shí)其位置略高于滾筒，而逆風(fēng)時(shí)其位置略低于滾筒，順風(fēng)時(shí)影響測點(diǎn)1處PM10,PM5,PM2.5粉塵質(zhì)量濃度的落煤區(qū)域小于逆風(fēng)時(shí)的，故順風(fēng)時(shí)測點(diǎn)1處的PM10,PM5,PM2.5粉塵質(zhì)量濃度低于逆風(fēng)時(shí)的。③對(duì)于測點(diǎn)2，順風(fēng)時(shí)其位置略低于滾筒，逆風(fēng)時(shí)其位置略高于滾筒，順風(fēng)時(shí)影響測點(diǎn)2處PM10,PM5,PM2.5粉塵質(zhì)量濃度的落煤區(qū)域大于逆風(fēng)時(shí)的，然而受上風(fēng)側(cè)測點(diǎn)1處、以及采煤機(jī)組空間內(nèi)落煤的影響，順風(fēng)時(shí)測點(diǎn)1位于后滾筒附近，其產(chǎn)塵點(diǎn)位置偏低，而PM10,PM5,PM2.5屬于微塵，在靜止空氣中一般作等速沉降運(yùn)動(dòng)，PM10,PM5,PM2.5粉塵運(yùn)移至測點(diǎn)2位置時(shí)，其粉塵質(zhì)量濃度疊加效應(yīng)不如逆風(fēng)時(shí)明顯(逆風(fēng)時(shí)測點(diǎn)1位于前滾筒附近，產(chǎn)塵點(diǎn)位置偏高)。因此逆風(fēng)時(shí)測點(diǎn)2處的PM10,PM5,PM2.5粉塵質(zhì)量濃度大于順風(fēng)時(shí)的。