朱起超

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 引言

粉塵是原煤開采的主要衍生物之一。綜采工作面粉塵一般經(jīng)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷排出，采煤機(jī)噴霧、架間噴霧和防塵水幕都可以起到較好的防塵抑塵作用，而掘進(jìn)巷道一般為獨(dú)頭巷道，掘進(jìn)機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的粉塵會(huì)在風(fēng)筒的作用下擴(kuò)散至整個(gè)巷道，極易造成大面積的粉塵污染，嚴(yán)重影響作業(yè)人員的身心健康和現(xiàn)場質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工作，甚至導(dǎo)致煤塵爆炸等次生災(zāi)害[1]。因此，如何從塵源處有效抑塵降塵，從源頭降低粉塵污染，一直是煤礦行業(yè)綠色開采的重要研究課題之一。

2 現(xiàn)場概況

岳城煤礦為晉煤沁秀公司下屬高瓦斯礦井，礦井通風(fēng)方式為分區(qū)通風(fēng)，巷道采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，每掘進(jìn)50m貫通一個(gè)橫川，將前一個(gè)橫川臨時(shí)封閉，巷道配風(fēng)量滿足要求。試驗(yàn)巷道為13091巷，巷道全長1350m，掘進(jìn)期間全塵濃度平均在700mg/m3，呼吸性粉塵平均在245mg/m3，割煤期間機(jī)組至橫川及回風(fēng)通道能見度不足5m，嚴(yán)重影響作業(yè)安全和職工身心健康。因此非常有必要研究工作面封閉除塵技術(shù)，確保巷道安全掘進(jìn)。

3 研究內(nèi)容

針對岳城煤礦綜掘工作面粉塵大的問題，擬采用“三步封閉除塵法”：一是在搖臂附近安裝引射除塵裝置，在粉塵剛剛產(chǎn)生的初級階段捕獲處理一部分粉塵；二是在掘進(jìn)機(jī)右側(cè)（回風(fēng)側(cè)）采用機(jī)載高壓噴霧裝置對揚(yáng)起的粉塵進(jìn)行“打壓”；三是利用輕質(zhì)附壁風(fēng)筒和自移式高頻脈沖除塵風(fēng)機(jī)的匹配將工作面的粉塵控制在迎頭并通過除塵風(fēng)機(jī)捕捉處理，最終形成綜掘工作面高效封閉除塵系統(tǒng)。

3.1 技術(shù)路線

綜掘工作面封閉除塵系統(tǒng)是利用引射除塵裝置和機(jī)載高壓噴霧除塵裝置對綜掘工作面的大部分粉塵進(jìn)行沉降處理，再通過研究高頻脈沖濕式除塵風(fēng)機(jī)與附壁風(fēng)筒的匹配性，利用附壁風(fēng)筒形成空氣屏障，將高濃度粉塵控制在掘進(jìn)迎頭范圍內(nèi)，避免其向工作面其他人員作業(yè)區(qū)域擴(kuò)散，再利用除塵風(fēng)機(jī)將掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的粉塵捕捉沉降。其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

3.2 粉塵分布研究

在13091巷現(xiàn)場采樣，采樣高度為工人呼吸高度，采樣點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 綜掘工作面粉塵采樣點(diǎn)布置示意圖

分別對掘進(jìn)機(jī)不同區(qū)域、不同時(shí)段單位面積粉塵量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為綜掘工作面封閉除塵系統(tǒng)研究提供理論依據(jù)。

3.3 搖臂引射除塵裝置

通過模擬試驗(yàn)優(yōu)選出適合岳城煤礦綜掘工作面掘進(jìn)機(jī)搖臂不同位置的引射除塵的引射量，確定合理的壓力等參數(shù)，在截割臂上距截割頭≥2m處安裝引射除塵裝置，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)降塵效果[2]。如圖3所示。

圖3 引射除塵裝置安裝示意圖

由于引射除塵裝置離工作面迎頭比較近，為防止片幫落石對設(shè)備造成損壞，需要對設(shè)備進(jìn)行加固優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4 機(jī)載高壓噴霧裝置

通過捕獲到的粉塵在風(fēng)流的作用下二次飛揚(yáng)和自身的加速，將繼續(xù)向著風(fēng)流阻力較小方向運(yùn)動(dòng)，此階段采用設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)右側(cè)（回風(fēng)側(cè)）的機(jī)載高壓噴霧裝置對粉塵進(jìn)行“打壓”，一些大顆粒的粉塵在此階段濕潤沉降。此時(shí)工作面能見度大大提高，同時(shí)減緩粉塵飛揚(yáng)速度為下一步高頻脈沖除塵裝置粉塵捕獲提供有利條件[3]。如圖4所示。

圖4 機(jī)載高壓噴霧泵系統(tǒng)示意圖

4 封閉抑塵系統(tǒng)

經(jīng)過引射除塵裝置、機(jī)載高壓噴霧降塵裝置兩級降塵措施處理后，剩下的粉塵通過綜掘工作面封閉抑塵系統(tǒng)進(jìn)行處理。如圖5所示。

圖5 綜掘工作面封閉抑塵系統(tǒng)

其工作原理為利用附壁風(fēng)筒形成空氣屏障，將高濃度粉塵控制在掘進(jìn)迎頭范圍內(nèi)，避免其向工作面其他人員作業(yè)區(qū)域擴(kuò)散，再利用自移式高頻脈沖濕式除塵風(fēng)機(jī)將掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的粉塵捕捉沉降。

4.1 輕質(zhì)附壁風(fēng)筒

該風(fēng)筒總長1.7m，側(cè)壁設(shè)計(jì)有徑向出風(fēng)條隙，風(fēng)筒內(nèi)設(shè)計(jì)有內(nèi)置旋轉(zhuǎn)風(fēng)門及外部擋風(fēng)板。筒內(nèi)設(shè)計(jì)有內(nèi)置旋轉(zhuǎn)風(fēng)門及外部擋風(fēng)板，工作時(shí)打開外部擋風(fēng)板并關(guān)閉內(nèi)置旋轉(zhuǎn)風(fēng)門，將軸向風(fēng)流變?yōu)閺较蝻L(fēng)流，最大可調(diào)風(fēng)量為180m3/min，使風(fēng)流只能從徑向出風(fēng)條隙流出，形成徑向的空氣屏障阻斷粉塵向外擴(kuò)散?，F(xiàn)場實(shí)施過程中，輕質(zhì)附壁風(fēng)筒兩端連接壓入式風(fēng)筒，設(shè)置于巷道壓風(fēng)側(cè)距綜掘迎頭15～20m位置處。為了形成空氣屏障，阻斷粉塵向外擴(kuò)散，將軸向風(fēng)流變?yōu)閺较蝻L(fēng)流。徑向風(fēng)流在巷道和附壁風(fēng)筒內(nèi)置旋轉(zhuǎn)風(fēng)門角度的引導(dǎo)下，形成兩種主要風(fēng)流，一是徑向的空氣屏障，二是在內(nèi)置旋轉(zhuǎn)風(fēng)門角度的引導(dǎo)下，形成螺旋前進(jìn)的風(fēng)流涌向迎頭。

4.2 自移式高頻脈沖除塵裝置

自移式高頻脈沖除塵裝置，主要由高頻脈沖除塵風(fēng)機(jī)、自移運(yùn)載裝置、捕塵罩等組成。

（1）高頻脈沖除塵風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)的額定處理風(fēng)量為500m3/min，與輕質(zhì)附壁風(fēng)筒的調(diào)風(fēng)能力以及工作面供風(fēng)量相匹配，能在截割頭前方形成向正前的風(fēng)流，避免了源頭處的粉塵擴(kuò)散。

（2）自移運(yùn)載裝置。礦用高頻脈沖除塵風(fēng)機(jī)安設(shè)在距綜掘迎頭30～35m的轉(zhuǎn)載二運(yùn)后，依靠與一運(yùn)皮帶相連的自移運(yùn)載裝置實(shí)現(xiàn)與掘進(jìn)機(jī)間的同步移動(dòng)，從而保持礦用高頻脈沖除塵風(fēng)機(jī)與掘進(jìn)迎頭間的固定距離，也避免了人工移動(dòng)設(shè)備和增加風(fēng)筒。

（3）捕塵罩。捕塵罩利用專用固定支架，布置在掘進(jìn)司機(jī)前方大于0.5m的位置處。使用捕塵罩可以大大增加捕塵量，提高除塵效率。確定合理的捕塵罩形狀及進(jìn)風(fēng)口直徑，是捕塵的關(guān)鍵因素之一。

5 現(xiàn)場驗(yàn)證

封閉除塵系統(tǒng)于2018年3月到7月在13091巷進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)運(yùn)行，測得現(xiàn)場粉塵含量如表1。

表1 13091巷粉塵濃度實(shí)測表

由上表可知，13091巷使用封閉除塵系統(tǒng)后，割煤機(jī)司機(jī)工作期間全塵濃度由412mg/m3降為38.4mg/m3，呼塵濃度由185mg/m3降為17.2mg/m3，降塵率分別達(dá)到90.6%和90.7%。說明引射裝置和捕塵罩能夠有效降低掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處的粉塵，基本實(shí)現(xiàn)了割煤期間粉塵可控。結(jié)合轉(zhuǎn)載機(jī)下風(fēng)側(cè)和皮帶下風(fēng)側(cè)數(shù)據(jù)可知，自移運(yùn)載裝置能夠?qū)D(zhuǎn)載區(qū)域?qū)崿F(xiàn)有效降塵，降塵率達(dá)到91.9%和89.9%。結(jié)合巷道迎頭100～200m范圍粉塵數(shù)據(jù)可知，巷道內(nèi)降塵率達(dá)到90%左右，巷道內(nèi)粉塵指標(biāo)滿足規(guī)定要求。

6 結(jié)論

在13091巷實(shí)行“三步封閉除塵法”，利用引射除塵裝置和機(jī)載高壓噴霧除塵裝置對綜掘工作面的大部分粉塵進(jìn)行沉降處理，利用附壁風(fēng)筒將高濃度粉塵控制在掘進(jìn)迎頭范圍內(nèi)，最后利用除塵風(fēng)機(jī)將掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的粉塵捕捉沉降。經(jīng)過上述措施，割煤機(jī)司機(jī)工作期間全塵濃度和呼塵濃度降塵率分別達(dá)到90.6%和90.7%，自移運(yùn)載裝置處降塵率達(dá)到91.1%，巷道內(nèi)降塵率達(dá)到90%左右，有效降低了作業(yè)區(qū)域粉塵，達(dá)到了預(yù)期粉塵治理目標(biāo)。