郭 帥

（同煤集團云岡礦，山西 大同 037003）

煤礦井下巖巷或半煤巖巷掘進工作面是主要的粉塵來源，粉塵濃度最高達1000mg/m3以上。煤礦井下粉塵的存在能加快設(shè)備的磨損，引發(fā)粉塵爆炸事故，還能誘發(fā)工人的職業(yè)病。近年來云崗礦做了大量的工作，探索了多種形式的除塵方式，如高壓噴霧除塵、長壓短抽干/濕式除塵等，取得了一定效果，但未徹底解決該問題。由粉塵污染造成的嚴重危害長期以來一直得不到有效控制，本文主要是針對云崗礦復(fù)采工作面的降塵除塵問題研制一款水幕除塵裝置并進行實踐應(yīng)用研究。

1 工作面煤塵情況

云崗礦復(fù)采81003工作面采用綜采放頂煤工藝，采高2.3m，設(shè)計運輸和膠帶平巷布置在原81003工作面的采空區(qū)內(nèi)，煤層厚度為4.0m。原81003工作面開采作業(yè)完成后，頂板跨落導(dǎo)致很多有毒有害氣體都到采空區(qū)內(nèi)聚集，檢測數(shù)據(jù)表明復(fù)采81003工作面空氣質(zhì)量不佳，同時數(shù)據(jù)表明復(fù)采工作面粉塵濃度為原工作面的1.6倍，呼吸性粉塵濃度比例為38%，這嚴重威脅到井下人員身心健康。

針對復(fù)采81003工作面采用了高壓噴霧除塵、長壓短抽干/濕式除塵和通風(fēng)控塵等多種降塵除塵技術(shù)，有效地控制了粉塵的濃度。但在回風(fēng)巷道距工作面5～20m處的粉塵濃度嚴重超標，分析原因為新鮮風(fēng)流夾帶大量粉塵進入回風(fēng)巷道，因此必須對回風(fēng)巷道進行二次降塵除塵處理。當(dāng)前國內(nèi)煤礦還沒有有效的設(shè)備和手段處理此情況，因此該礦與中煤科工集團重慶研究院聯(lián)合設(shè)計和研制了一款水幕除塵裝置來進行降塵除塵作業(yè)。

2 水幕除塵裝置的研制和應(yīng)用

云崗礦技術(shù)科聯(lián)合中煤科工集團重慶研究院針對復(fù)采81003工作面回風(fēng)巷道距工作面5～20m處的粉塵濃度超標的實況，開發(fā)了一款水幕除塵裝置，可以有效地控制粉塵的濃度，達到除塵的目的。

2.1 水幕除塵裝置結(jié)構(gòu)

設(shè)計的水幕除塵裝置為門式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。該水幕除塵裝置包括鋼架門框、紗網(wǎng)、噴液管、流水槽、掛鉤、小門等結(jié)構(gòu)。門框為鋼架門框，呈矩形；紗網(wǎng)各邊都固定在鋼架門框上，構(gòu)成紗窗結(jié)構(gòu)，設(shè)計中將紗網(wǎng)設(shè)計為兩層的繃緊狀態(tài)；裝置右下角安裝一紗窗小門，供行人進出。水幕除塵裝置設(shè)計的邊框、型材、橡膠壓條等配件都實行標準化和規(guī)模化生產(chǎn)，為水幕除塵裝置的生產(chǎn)、制造、安裝和維修提供便利，提高了生產(chǎn)和使用效率。

圖1 水幕除塵裝置結(jié)構(gòu)

鋼架門框的下邊緣落入流水槽中心軸線上，噴液管的正下方管壁上開設(shè)一狹縫與回風(fēng)巷道外部的儲液槽連接，方便儲液槽內(nèi)儲的除塵液的進入。流水槽一端封閉，另一端敞口，敞口端位于回風(fēng)巷道內(nèi)巷幫處的排水溝中軸線的上方。同時在該裝置的鋼架門框上設(shè)相應(yīng)的掛鉤方便安裝使用，掛鉤懸掛在回風(fēng)巷內(nèi)的鋼架棚上。

該水幕除塵裝置結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能參數(shù)。除塵效率：＞ 90%；額定水壓：＜10MPa；噴霧流量：根據(jù)噴嘴數(shù)量確定；處理含塵風(fēng)量：根據(jù)巷道斷面確定；工作方式：長期連續(xù)工作；適用環(huán)境溫度：＞0℃。

2.2 除塵液

該水幕除塵裝置噴液管中所用的除塵液主要是中水加降塵劑。中水為污水處理廠凈化后生產(chǎn)所形成，降塵劑為多功能高分子聚合物R。降塵劑按一定比例添加到中水中混勻形成除塵液，該除塵液能對井下粉塵實現(xiàn)高效的濕潤作用，同時還增加粉塵自重，讓粉塵迅速的沉降，從而達到將塵除塵的目的。同時除塵液中的多功能高分子聚合物能有效地降低水的表面張力，消除水霧與粉塵之間的靜電斥力，加速兩者之間的凝并，提高降塵效果。

針對復(fù)采81003工作面產(chǎn)塵濃度為原工作面1.6倍的實際情況，特設(shè)定降塵劑濃度實驗中的濃度選取為：0.15%、0.25%、0.35%、0.45%、0.55%、0.65%、0.75%、0.85%、0.95%、1.05%。固定其他因素，變化降塵劑的濃度，來進行降塵劑的濃度對降塵效果和對水的表面張力影響的實驗。試驗檢測數(shù)據(jù)結(jié)果如表1和圖2所示。

表1 降塵劑的濃度對降塵效果的影響

圖2 水的表面張力與降塵劑濃度關(guān)系

從表1可知，隨著降塵劑濃度的增大，降塵效率逐漸增大，從55.2%逐漸增大到85.9%，當(dāng)降塵劑濃度為0.55%時除塵效果增長最快，相對于0.45%時降塵效果增長了15%，隨后降塵效果增長非常緩慢。結(jié)合水的表面張力因素分析可知，當(dāng)降塵劑濃度為0.55%時水的表面張力也降低到了最低值。隨后盡管降塵劑濃度增大，但是水的表面張力保持不變。因此結(jié)合環(huán)境因素和經(jīng)濟成本因素，選擇降塵劑的濃度為0.65%～0.75%即可。

2.3 水幕除塵裝置除塵原理

從圖1中可知，水幕除塵裝置中的紗網(wǎng)為兩層，層與層之間保留相應(yīng)的距離，提高了降塵效果。噴液管的正下方管壁上開設(shè)的一狹縫能在噴液管噴液時形成一道水幕，進一步形成小孔水膜。小孔水膜可以捕捉污風(fēng)中存在的粉塵，達到降塵除塵的作用。經(jīng)過多方位的降塵除塵，能大面積降低進入到回風(fēng)巷道的粉塵濃度。

3 實踐應(yīng)用效果分析

云崗礦復(fù)采81003工作面在采區(qū)采用了高壓噴霧除塵、長壓短抽干/濕式除塵和通風(fēng)控塵等多種降塵除塵技術(shù)措施后，粉塵濃度仍然很高，數(shù)據(jù)檢測表明回風(fēng)巷道距工作面5～20m處的粉塵濃度更是嚴重超標。煤礦為保障開采設(shè)備和操作人員的安全著想，在回風(fēng)巷道5m處安置了聯(lián)合設(shè)計研制的水幕除塵裝置，起二次降塵除塵作用，全面控制回風(fēng)巷道粉塵的濃度。并對水幕除塵裝置應(yīng)用后的降塵效果進行了相應(yīng)的檢測，檢測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 水幕除塵裝置應(yīng)用后回風(fēng)巷道內(nèi)粉塵濃度檢測表

從表2數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過水幕除塵裝置后，粉塵濃度得到了明顯的控制，距離除塵裝置后80m處，粉塵濃度值降低到了55mg/m3，有效地提高了空氣質(zhì)量，充分說明云崗礦復(fù)采81003工作面水幕除塵裝置的研制與實踐應(yīng)用是成功的。

4 結(jié)論

（1）在云崗礦復(fù)采81003工作面時，在距離工作面5m處的回風(fēng)巷道內(nèi)安置水幕除塵裝置。數(shù)據(jù)檢測結(jié)果表明：2次降塵處理后降塵效果達到92%以上，該水幕除塵裝置的應(yīng)用能有效降低粉塵濃度，提高井下空氣質(zhì)量。

（2）該水幕除塵裝置的研制，全部采用生產(chǎn)標準化和規(guī)?；惭b簡單方便，在裝置上設(shè)有人員進出小門，該水幕除塵裝置的設(shè)計合理、實用。