劉潤(rùn)軍

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

某礦的井田面積為13.63 km2，年計(jì)劃生產(chǎn)180萬(wàn)t。平均日產(chǎn)噸煤瓦斯的涌出量為8.8 m3（小于10 m3），因此屬于低瓦斯礦井。經(jīng)測(cè)試煤塵的爆炸指數(shù)為33.67%（大于15%），因此屬于強(qiáng)爆型粉塵。并且該煤礦的煤層具有自燃傾向，發(fā)火期小于6個(gè)月，記錄的最短發(fā)火期為26天[1]。

2 產(chǎn)塵機(jī)理分析

綜掘工作面是煤礦進(jìn)行回采作業(yè)的前期開拓工作面，在正常生產(chǎn)過程中的產(chǎn)塵量?jī)H次于綜采工作面，并且期間的工序繁雜、產(chǎn)塵源眾多且分散，為井下粉塵重點(diǎn)治理的對(duì)象。

截割頭截割煤壁的過程也是粉塵產(chǎn)生的過程，旋轉(zhuǎn)的截齒與煤壁接觸一方面煤壁施加壓力，另一方面施加一個(gè)切向的力，因此煤體被剪切破壞產(chǎn)生大量裂隙。隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，大量煤體被攜帶拋出?？諝庵械拿簤m不僅受重力作用還有氣流的作用，粒徑較小的粉塵由于受氣流的作用明顯，因此不易沉降，隨著氣流在巷道中擴(kuò)散。若不對(duì)粉塵進(jìn)行治理，大量的粉塵會(huì)被產(chǎn)生并在風(fēng)流的攜帶作用下導(dǎo)致綜掘工作面上百米的巷道都受到粉塵污染?；诰C掘工作面粉塵主要產(chǎn)塵機(jī)理的分析，對(duì)粉塵的塵源治理是最佳方案，盡可能控制粉塵的濃度和污染范圍[2]。

3 噴霧除塵技術(shù)分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，掘進(jìn)機(jī)必須配置內(nèi)、外噴霧，要求內(nèi)噴霧的射出水壓大于（等于）3 MPa，外噴霧的射出水壓大于（等于）1.5 MPa；若內(nèi)噴霧的水壓低于3 MPa時(shí)必須使用外噴霧[3]。在實(shí)際使用過程中，極易發(fā)生噴嘴堵塞和水封損壞等問題，所以掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧經(jīng)常被雜質(zhì)堵塞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)降塵的功能。因此外噴霧是在煤礦井下使用頻率最高的設(shè)備，但目前外噴霧在使用過程中存在以下不足：

1）耗水量大，霧化粒徑過大，噴射距離不足導(dǎo)致出水口附近設(shè)備出現(xiàn)銹蝕，巷道容易積水；

2）對(duì)供水系統(tǒng)的水壓、水量和水質(zhì)要求過高；

3）噴霧管路易破損漏水，維修影響有效掘進(jìn)工作時(shí)間。

4 綜掘工作面除塵系統(tǒng)研究

4.1 綜掘工作面除塵系統(tǒng)

目前，綜掘工作面的除塵方式分為濕式除塵和干式除塵。采用濕式除塵一方面會(huì)阻礙操作人員的視線，影響安全生產(chǎn)；另一方面，對(duì)提供的水量和水壓要求較高。長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)系統(tǒng)是目前使用最廣泛的干式除塵方式。該系統(tǒng)通過壓入通風(fēng)機(jī)將新鮮的風(fēng)流輸送到迎頭對(duì)粉塵進(jìn)行稀釋，一般壓入風(fēng)筒的出口設(shè)置在距迎頭10～15 m的位置，依靠抽出風(fēng)機(jī)聚集含塵污風(fēng)并排出，抽出風(fēng)筒的吸風(fēng)口一般設(shè)置在距迎頭3～5 m的位置，兩種通風(fēng)方式的風(fēng)機(jī)共同對(duì)粉塵進(jìn)行控制。但存在除塵設(shè)備體積較大且需頻繁移動(dòng)的缺點(diǎn)，因此需要對(duì)目前的長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

在壓風(fēng)風(fēng)筒的出口接一個(gè)附壁風(fēng)筒，由于氣體在巷道內(nèi)具有科恩達(dá)效應(yīng)，將最初壓入式通風(fēng)機(jī)輸送到迎頭的軸向風(fēng)流變換為吸附在巷道壁上渦流，對(duì)巷道整體進(jìn)行覆蓋避免除塵盲點(diǎn)的出現(xiàn)。并且吸塵裝置的主體安裝在掘進(jìn)機(jī)上，此種布置可以解決除塵設(shè)備的跟機(jī)移動(dòng)的問題，減少操作工序。將吸塵裝置的吸風(fēng)口裝在掘進(jìn)機(jī)截割臂的頂部，一方面可以盡可能的接近產(chǎn)塵源；另一方面能保證吸塵口始終處于與截割頭對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)，以提高除塵效率[3]。

新型綜掘工作面通風(fēng)除塵系統(tǒng)在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)采用的是長(zhǎng)壓短抽的通風(fēng)方式，此系統(tǒng)的壓入風(fēng)筒的出風(fēng)口與迎頭之間的距離應(yīng)小于12～15 m[4]。因?yàn)槿魤喝腼L(fēng)筒的出風(fēng)口距迎頭過近不易形成風(fēng)墻來(lái)控制粉塵，而且反彈回來(lái)的風(fēng)流流速過大易將粉塵攜帶至巷道深部而不是被吸塵裝置的聚集吸收；若壓入風(fēng)筒的出風(fēng)口距迎頭較遠(yuǎn)能保證形成風(fēng)墻來(lái)控制粉塵，在阻力的作用下，到達(dá)迎頭的風(fēng)流已趨于平緩，此種狀態(tài)有利于吸塵裝置進(jìn)行吸塵。在對(duì)工作面進(jìn)行支護(hù)時(shí)，轉(zhuǎn)換為壓入式通風(fēng)，此時(shí)保證壓入風(fēng)筒的出風(fēng)口與迎頭的距離在5 m以內(nèi)。為方便不同通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換的同時(shí)保證控塵效果，在附壁風(fēng)筒的出口處安裝風(fēng)門并在側(cè)邊開口風(fēng)口。在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)關(guān)閉風(fēng)門，風(fēng)流從附壁風(fēng)筒的側(cè)口流出，有利于形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)流控制粉塵，如圖1所示。在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)打開風(fēng)門，使風(fēng)流沿軸向迎頭。

圖1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)流示意圖

吸塵裝置的吸塵口應(yīng)保證距離迎頭4 m以內(nèi)。若此距離太遠(yuǎn)，司機(jī)位于吸塵口的前方，處于粉塵的污染區(qū)內(nèi)。但此距離若過近，截割頭切割煤壁時(shí)，由于滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)煤塵有拋擲作用，大量的粉塵由于速度過快無(wú)法被吸塵裝置捕捉，造成巷道深部的粉塵濃度過高。

為了避免迎頭出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)，應(yīng)保證壓入的風(fēng)量大于抽出的風(fēng)量，而且吸塵裝置的排風(fēng)口為附壁風(fēng)筒的后部5～10 m的區(qū)間內(nèi)。

4.2 附壁風(fēng)筒

為增強(qiáng)風(fēng)流的除塵效果，在壓入風(fēng)筒的出風(fēng)口處安裝風(fēng)流改向裝置-附壁風(fēng)筒。原本方向?yàn)檩S向的風(fēng)流通過附壁風(fēng)筒后變成逐漸向迎頭移動(dòng)的徑向風(fēng)流，可以在掘進(jìn)機(jī)的前部形成一道氣幕，將迎頭產(chǎn)生的粉塵限制在迎頭處，然后依靠位于司機(jī)前方的吸塵器吸入含塵風(fēng)流，吸塵器將含塵風(fēng)流凈化后排出干凈的空氣。附壁風(fēng)筒的示意圖如圖2所示[4]。

4.3 吸塵器

圖2 附壁風(fēng)筒的示意圖（單位：mm）

吸塵器選用的是濕式振弦除塵器，依靠其對(duì)吸入的含塵氣流進(jìn)行除塵凈化。柔性的涂覆布負(fù)壓風(fēng)筒進(jìn)行長(zhǎng)距離送風(fēng)會(huì)因?yàn)轱L(fēng)阻和接頭處漏風(fēng)的存在導(dǎo)致供風(fēng)量不足，因此在結(jié)合工作面斷面和供風(fēng)量的要求，設(shè)計(jì)了適合在本礦綜掘面使用的吸塵器。吸塵器示意圖如圖3所示。

圖3 吸塵器示意圖

5 現(xiàn)場(chǎng)使用概況

該成套通風(fēng)除塵系統(tǒng)在該礦的7269溜子道進(jìn)行了31個(gè)工作日的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間共掘進(jìn)350 m，經(jīng)過多次測(cè)量粉塵的降塵效率達(dá)到80%～84%。通過在現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)采用不同除塵方式后巷道內(nèi)的粉塵濃度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新研發(fā)的成套通風(fēng)除塵系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，除塵效果明顯，有效改善了掘進(jìn)工作面的作業(yè)環(huán)境。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)濃度測(cè)定

6 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，本文研究的這種新型成套通風(fēng)除塵系統(tǒng)的降塵效率達(dá)到80%～84%，使用范圍為巷道斷面為12～18 m2的煤巷或半煤巷，與綜掘工作面的機(jī)組和通風(fēng)設(shè)備配套使用可取得更佳的除塵效果。該成套除塵系統(tǒng)可以有效降低綜掘工作面的粉塵濃度，減小工人患呼吸道疾病的概率，有利于推進(jìn)綜掘工作的機(jī)械化，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。