综掘工作面作为煤矿井下产尘量最大、产尘最集中的地点之一，具有设备设施复杂、作业环境狭窄、通风距离长等特点。随着矿井综合机械化开采水平提升，综掘工作面现场粉尘污染问题逐渐突出，未采取除尘措施的局部粉尘浓度远超《煤矿安全规程》规定的粉尘浓度标准。传统手段依赖单一降尘手段，存在布局不合理、能耗较高、治理效果差等问题，给控尘工作带来了巨大压力。开发综合控尘先进的技术，有利于提高综掘工作面降/除尘效果，减少经济投入，为井下职工营造绿色安全的工作环境，从而塑造良好企业形象。

  （1）煤尘具有燃烧性和爆炸性，当悬浮煤尘浓度与氧气浓度达到一定水平，且现场存在电气火花、摩擦火花、井下火灾等高温热源时，可能引发煤尘爆炸事故。

  （2）煤尘沉积量取决于工作环境煤尘浓度、工作时长及保护措施，煤尘浓度高，工作暴露时间长增加了尘肺病发生概率。

  华北科技学院司俊鸿教授团队依据综掘巷道粉尘运移扩散规律，提出了单区域针对性除尘和多区域联合除尘相结合的半封闭式区域联合控尘技术。在截割头安装高压喷雾抑制截割产尘，利用高速风幕分隔司机与机头的含尘风流，司机位置后方架设除尘风机进行抽尘净化，掘进机尾部安装散射型雾幕抑制二次扬尘，并净化除尘风机排出风流，除尘风机后方安装全断面喷雾装置拦截向巷道出口扩散的粉尘，据此开发了综掘工作面综合控尘成套设备，实现了综掘巷道多种除尘方式联合使用，弥补了单一降尘方法的局限性，有效抑制了尘源点产尘，屏蔽了司机周围空间高浓度粉尘团，削弱了掘进机尾部二次扬尘的影响，对巷道回风风流进行了深度净化，经现场应用检验，明显提高了综掘巷道平均降尘效率，降低了治理成本。相关成果以《综掘工作面半封闭式区域联合控尘技术探讨研究》为题，发表于《金属矿山》杂志。

  （1）测定了综掘巷道生产期间粉尘浓度，初步判定了高浓度粉尘聚集区域。通过数值模拟研究了综掘巷道风流场分布与粉尘运移规律，确定了主要产尘源位置，分析了机头区域紊流、回风侧涡流与皮带搭接处后方回流形成原因，揭示了高浓度粉尘团形成机理。

  采用滤膜质量浓度法，使用AKFC-92A型粉尘采样器，测得综掘巷道生产期间粉尘浓度，得出了粉尘自迎头运移至巷道出口的过程是重力沉降、紊动扩散和弥散的综合作用，由于沿程风速逐渐减小，部分粉尘在重力作用下发生沉降，而呼吸性粉尘粒径较小，受重力影响弱于大粒径粉尘，不易沉降，浓度降幅较为缓和。

  为深入研究粉尘扩散运移规律，通过数值模拟绘制了综掘巷道风速分布云图，提取司机呼吸带高度风速数据，绘制风流流迹图、风速矢量图，得到了以迎头为起点，沿巷道走向25 m范围的风速分布规律：风筒与迎头处空间为高速湍流区域，在截割头及其靠人行侧巷道空间形成了小型涡流场。风流向后方运移过程中，掘进机占据巷道空间导致风速增加，流过掘进机后风速急剧衰减。在皮带搭接前，高速风流主要聚集在掘进机两侧底部位置，皮带搭接处之后部分风流往风筒侧及顶板扩散，导致掘进机后方风流较为复杂，在司机位置上方形成了显著涡流，并在掘进机后方两侧产生了大范围回流。当运移至20 m位置后，由于风流能量减弱，涡流与回流现象基本消失，人行侧巷道风速略大于风筒侧，风流整体处于相对来说比较稳定状态。

  在数值模拟中跟踪颗粒运动轨迹，得到了全尘与呼尘的运移迹线，受风流曳力作用的影响，粉尘的运移轨迹与风流轨迹类似。迎头面产生的粉尘主要沿人行侧巷道煤壁向巷道出口运移，在掘进机头处粉尘迹线较为紊乱。掘进机机身与回风侧煤壁形成的通道截面较小，高浓度粉尘经此通道向巷道出口方向扩散，靠上部的粉尘流扩散至顶板空间，被卷吸入涡旋风流，在掘进机上方堆积；下部的高浓度粉尘流运移至掘进机后方，随后由于流通截面突然变大，风速降低，曳力作用减弱，大粒径粉尘受重力沉降。其余未沉降的粉尘继续向巷道出口运移，但由于皮带搭接处后方存在回流风流，部分呼吸性粉尘折返回掘进机后方。

  （2）根据综掘巷道高浓度粉尘聚集区域分布与形成特征，划分了迎头产尘区、机头紊流区、涡旋堆积区、回流沉降区和稳定运移区5个重点除尘区域，采用分区治理的思想研究除尘技术在不一样的区域的适用性。

  巷道距迎头25 m内粉尘运移规律复杂，迎头处、掘进机机头、司机位置、皮带搭接处及掘进机后方区域粉尘呈现不同分布特征，高浓度粉尘聚集区域突出。将综掘工作面划分为迎头产尘区、机头紊流区、涡旋堆积区、回流沉降区和稳定运移区5个重点除尘区域。迎头产尘区为截割头及其周围区域，此处为综掘工作面粉尘来源，粉尘量最大；机头紊流区为司机前方掘进机头部分，风流紊乱且裹挟大量粉尘，影响司机前方视线，易污染司机呼吸带空间；涡旋堆积区为司机位置上方空间，粉尘被卷吸入顶板和掘进机之间的涡旋风流中，难以顺利排出；回流沉降区为掘进机尾至距迎头15 m范围内的皮带输送机上方，是二次扬尘最严重的区域，由于掘进机后方风速较小，此区域粉尘易发生沉降，但回流风流会将底板和皮带输送机等设备表面覆盖的部分粉尘吹起；稳定运移区位于综掘巷道距迎头15 m以外区域，由于风流能量逐渐减弱，回流基本消失，粉尘运移趋于稳定，但仍会污染巷道后方回风区域。

  （3）基于区域划分原则，以降低司机周围空间和巷道沿程呼吸带粉尘浓度为目标，实施多区域联合除尘技术，组建了综合控尘成套设备。

  针对迎头产尘区，使用高压喷雾装置抑制截割头截割壁面产尘，从源头控制粉尘扩散。在机头紊流区和涡旋堆积区，气雾与粉尘在高速紊流中混合，影响司机前方视线，同时掘进机上方存在高浓度粉尘团，因此对司机位置实施半封闭治理，利用高速风幕将司机与含尘风流分隔，在司机位置后方架设除尘风机进行抽尘净化，并输送净化风流至司机处。针对回流沉降区，将散射型雾幕安装在掘进机尾部至除尘器出风口之间，抑制该区域二次扬尘，对除尘风机排出风流进行二次净化。针对稳定运移区，在除尘器后方安装全断面喷雾装置，拦截向巷道出口扩散的粉尘，净化巷道回风风流。在掘进机两侧巷道，人行侧巷道存在高浓度粉尘流，但掘进机两侧空间狭窄，为避免影响巷道工作人员操作，两侧巷道未布置除尘设备。

  在掘进机工作期间使用新降尘方式开展粉尘治理，开启各降尘设备后于距离转载点10 m处现场观察状况，待巷道后方能见度明显提高，且观察点处粉尘浓度传感器示数趋于稳定后，在相同测点测定综掘巷道降尘后的粉尘浓度分布，实测根据结果得出：司机位置降尘率达86%，巷道平均降尘率约88%，取得了较好的治理效果。

  综掘工作面半封闭式区域联合控尘技术基于受限空间产尘机制和气固两相流动扩散机理与综掘巷道重点除尘区域划分原则，将单区域针对性除尘和多区域联合除尘相结合，合理布置特定除尘设施，聚焦治理高浓度粉尘聚集区，优先抑制尘源点产尘。通过多除尘技术协同作用减轻了相邻除尘区域治理压力，同时单除尘设施占用空间较小，避免了不同除尘技术相互干扰，有效提升了综掘工作面降尘效率，降低了治理成本，为综合控尘技术的发展提供了技术上的支持，拥有非常良好的推广前景。

  司俊鸿，王昊宇，霍小泉，岳东，袁增云，范智海.综掘工作面半封闭式区域联合控尘技术探讨研究[J].金属矿山，2024（5）：126-133

  验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师小组成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科学技术创新团队”和“自然资源部高层次科学技术创新人才工程科学技术创新团队”骨干成员，主要是做青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部

  教授、博士、硕士研究生导师，注册安全工程师，现任华北科技学院应急技术与管理专业主任。主要是做矿井通风防灭火、应急处置与救援等方向的教学与科研工作。近5年主持国家级/省级科研项目5项，其他纵向及企业委托项目30余项；以一作和通信作者发表学术论文39篇，其中SCI 16篇，中科院二区6篇（IF≥5.0），三区5篇，总被引151次，单篇最高引用39次；出版专著2部、教材3部；授权发明专利8项、实用新型3项；获省部级科技奖5项，以及河北省“教学名师”、河北省“优秀硕士学位论文指导教师”、“煤炭行业教育工作先进个人”等荣誉称号。兼任中国职业安全健康协会通风安全与健康专业委员会委员、《金属矿山》青年专家学术委员。

  《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。