楊 勝

（山西潞安集團蒲縣隰東煤業(yè)有限公司， 山西 蒲縣 041208）

引言

煤礦井下粉塵可細分為巖塵、煤塵兩類，主要在采煤機割煤、破巖、運輸、爆破等環(huán)節(jié)產(chǎn)生，井下粉塵給作業(yè)人員身體健康以及作業(yè)安全帶來威脅[1-2]。作業(yè)人員長時間在高粉塵環(huán)境中工作，粉塵會隨著呼吸進入到體內(nèi)，經(jīng)過長時間積累輕癥患者會呈現(xiàn)出呼吸道炎癥、皮膚病等著癥狀，重癥患者則會出現(xiàn)塵肺病、中毒性肺炎等危及生命安全[3-4]。井下爆炸性煤塵達到一定濃度（煤塵質(zhì)量濃度在30～50 g/m3以上）時，遇火可能發(fā)生煤塵爆炸?，F(xiàn)階段我國相當一部分礦井綜掘工作面粉塵濃度控制效果不佳，綜掘司機在高濃度粉塵環(huán)境工作超過10 a 以上患塵肺病概率接近100%，煤炭行業(yè)每年因為塵肺病造成的死亡人數(shù)約為工傷造成死亡人數(shù)的6 倍以上[5-6]。因此，對綜掘工作面綜合除塵技術(shù)研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 綜掘工作面除塵系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

綜掘工作面由于本身屬于獨頭掘進，局部通風機供風距離長，風排粉塵能力有限，掘進時整個綜掘巷道內(nèi)粉塵濃度一直處于高位，粉塵治理成為制約巷道掘進安全的一個難題。盡管在綜掘工作面采取一系列的降塵、控塵技術(shù)措施，但是粉塵治理效果仍有較大的提升空間。

1.1 機載除塵系統(tǒng)

機載除塵依靠自身的噴霧除塵系統(tǒng)，遠不能滿足作業(yè)點除塵需要，井下現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，采用綜掘機機載噴霧除塵系統(tǒng)時，上、下山巖巷粉塵質(zhì)量濃度分別為405 g/m3、252 g/m3，此粉塵濃度會嚴重影響作業(yè)點人員身體健康。具體綜掘機自身攜帶的噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 綜掘機自身攜帶的噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 傳統(tǒng)通風除塵風機結(jié)構(gòu)

該種除塵風機通過局部正壓風機向作業(yè)點供風，并通過負壓除塵風機吸塵、吸風，通過除塵風機凈化作業(yè)點環(huán)境，具體除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 傳統(tǒng)通風除塵及除塵風機除塵示意圖

采用該種通風除塵方式雖然在一定程度上降低掘進工作面粉塵濃度，但在具體使用過程中粉塵濃度受到出風口位置、除塵風機吸風口位置以及風量變化影響，同時除塵風機體積一般較大，占用本就狹小的巷道空間，同時除塵風機吸風口需要布置在掘進點最前端，需要經(jīng)常移動，容易受損，除塵效果也不穩(wěn)定。

1.3 移動除塵裝置

現(xiàn)階段綜掘工作面采用的移動除塵裝置在河南、河北以及山西等礦區(qū)使用較為廣泛，具體結(jié)構(gòu)見下頁圖3。

移動除塵裝置通過封塵簾降低，并布置在綜掘機上與綜掘機一起移動，從而降低井下作業(yè)人員工作量。該裝置現(xiàn)場使用中存在水幕、擋風簾降塵影響綜掘機司機視線，擋風簾控制較為繁瑣；風筒若采用剛性容易遭受擠壓變形，柔性易漏風筒占用大量的巷道空間，不適宜用以掘機斷面較小的巷道。

圖3 移動除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 綜合除塵系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)運行原理

1）控塵?？刂凭C掘機截割破煤（巖）過程中粉塵的擴散，是降低綜掘工作面粉塵的有效措施，作為有效的方式是以風控塵，即人為控制掘進工作面壓風風量以及風向，從而實現(xiàn)綜掘工作面集塵目的。

2）吸塵。在綜掘機操作司機前方將集塵空間內(nèi)的粉塵吸入至負壓風筒內(nèi)，采用除塵風機進行除塵。

3）除塵。選擇與綜掘工作面粉塵產(chǎn)生量相適應(yīng)的除塵風機，對吸入到負壓風筒內(nèi)風量進行高效除塵。

2.2 除塵系統(tǒng)除塵工藝

具體設(shè)計的除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。在掘進工作面正壓調(diào)風裝置出口位置處布置調(diào)風裝置，該裝置有2 個排風控制口，可以根據(jù)需要對出風口出風量進行調(diào)節(jié)。

圖4 綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當綜掘機正常截割煤巖生產(chǎn)時，除塵系統(tǒng)中的自動控制系統(tǒng)傳感器接收到工作信號，啟動除塵風機、高壓供水管路控制閥、壓風管路控制閥等，正壓調(diào)風裝置開啟向掘進迎頭及側(cè)向同時出風，與除塵風機負壓風口共同作用將粉塵大部分控制在掘進迎頭位置從而降低粉塵向外擴散量，有利于負壓風筒收集粉塵。提供的新型風流可以滿足掘進工作面人員呼吸、稀釋瓦斯需要，綜掘機截割煤巖層后產(chǎn)生的粉塵大部分經(jīng)過負壓風筒進入到除塵風機內(nèi)，經(jīng)過水力除塵后排出。具體除塵系統(tǒng)采用的“長壓短抽”除塵方法結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 “長壓短抽”除塵方法示意圖

當進行頂板支護等工作時，綜合除塵系統(tǒng)自動關(guān)閉，新鮮風流均流向掘進迎頭，恢復(fù)正常通風。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，調(diào)風裝置位于除塵風機負壓進風口后方≥4 m、除塵風機前方≥4 m 位置控塵效果較為明顯，綜掘機布置的除塵系統(tǒng)長度控制約為20 m，因此綜掘機每向前移動14 m 就應(yīng)調(diào)整一次調(diào)風裝置以及除塵風機位置。為了便于調(diào)整調(diào)風裝置位置，在調(diào)風裝置上增加布置手動棘輪升降器從而便于調(diào)風裝置的懸掛。

2.3 除塵系統(tǒng)設(shè)備分析

1）在局部通風機正壓風筒上布置調(diào)風裝置，從而調(diào)整綜掘工作面掘進迎頭風流風向，達到集聚粉塵目的，并降低粉塵向外擴散量。

2）負壓風筒為柔性塑料制品，具有較強的強度及彈性，使用時間長。風筒搭接位置處采用彈性結(jié)構(gòu)，從而使得風筒可以適應(yīng)后期變形需要。

3）通過除塵風機機載車可以將除塵風機與綜掘機后側(cè)帶式輸送機一起前移，同時機載車結(jié)構(gòu)采用四連桿方式，不受綜掘機截割煤巖石時左右搖擺影響。除塵風機機載車有兩層底座，上一層底座角度可以調(diào)整，從而實現(xiàn)巷道不同坡度掘進需要。

4）綜掘機綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，不僅適宜大斷面巷道，同時也可應(yīng)用于小斷面巷道。

3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

從2015 年起該綜掘工作面綜合除塵系統(tǒng)已經(jīng)在礦井多個掘進工作面進行現(xiàn)場應(yīng)用，通過不斷地優(yōu)化改進，取得顯著應(yīng)用效果。采用ccz-1000 粉塵測定儀對綜掘工作面綜合除塵系統(tǒng)使用前后的粉塵濃度進行監(jiān)測，具體結(jié)果見下頁表1。

從表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)得出，采用綜合除塵系統(tǒng)之后，綜掘工作面除塵效果明顯，綜合除塵率在80%以上，可以有效改善綜掘作業(yè)面作業(yè)環(huán)境。

表1 粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果 mg/m3

4 結(jié)論

1）根據(jù)綜掘工作面現(xiàn)場粉塵產(chǎn)生特點，結(jié)合以風控塵原則，通過長壓短抽通風方式，對掘進工作面粉塵進行集中控制，依靠除塵風機對高濃度粉塵進行處理；

2）根據(jù)上述思路設(shè)計的綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以隨綜掘機聯(lián)動，不會給綜掘設(shè)備使用、維修等造成影響。