高世寧

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬(wàn)家莊煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041000）

附壁風(fēng)筒技術(shù)是一種新型的長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵技術(shù)，通過(guò)減少軸向供風(fēng)，增加徑向供風(fēng)的方式形成自后向前運(yùn)移的控塵風(fēng)幕，將粉塵控制在工作面迎頭，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效控塵降塵。但這種通風(fēng)方式由于減少了吹向工作面迎頭的軸向供風(fēng)，會(huì)導(dǎo)致迎頭瓦斯積聚。結(jié)合山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)萬(wàn)家莊煤礦20101 綜掘工作面的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)通風(fēng)降塵效率與工作面瓦斯?jié)舛汝P(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究，為綜掘工作面粉塵和瓦斯防治提供參考。

1 工程概況

萬(wàn)家莊煤業(yè)公司地處蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)，井田面積13.897 2 km2，年生產(chǎn)能力120 萬(wàn)t，主要開采2#煤層。20101 為首采工作面，煤層厚度為1.2～3.7 m，平均煤層厚度為2.5 m。煤層絕對(duì)瓦斯涌出量約1 m3/min。20101 主運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面采用綜合機(jī)械化工藝進(jìn)行掘進(jìn)，工作面沿煤層頂板掘進(jìn)，日平均進(jìn)尺9.5 m，掘進(jìn)高度2.6 m。工作面采用長(zhǎng)壓方式供風(fēng)，供風(fēng)量550 m3/min 左右，要求迎頭最大瓦斯?jié)舛炔坏贸^(guò)0.5%。工作面原有掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧、巷道內(nèi)噴霧、沖洗巷道積塵等多種降塵措施，但在實(shí)踐中降塵效果不佳，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2 綜合高效除塵技術(shù)的應(yīng)用

為對(duì)萬(wàn)家莊煤礦20101 綜掘工作面的粉塵進(jìn)行高效防治，在該工作面布置安裝了一套新型“長(zhǎng)壓短抽”高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)和掘進(jìn)機(jī)環(huán)形外噴霧裝置。

“長(zhǎng)壓短抽”高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)的組成如圖1所示，主要由濕式過(guò)濾除塵器、機(jī)面集塵裝置、矩形負(fù)壓風(fēng)筒、附壁風(fēng)筒、整流風(fēng)筒以及連接管路等組成。濕式過(guò)濾除塵器固定在放置于二運(yùn)橋轉(zhuǎn)后的拖拉軌道上的承載小車上，以連桿與二運(yùn)橋轉(zhuǎn)連接在一起，隨掘進(jìn)機(jī)和二運(yùn)橋轉(zhuǎn)同進(jìn)退。附壁風(fēng)筒與整流風(fēng)筒接在供風(fēng)風(fēng)筒前端，附壁風(fēng)筒布置在距工作面迎頭120 m 處，整流風(fēng)筒前端出風(fēng)口距迎頭5～10 m。除塵系統(tǒng)抽風(fēng)量為450 m3/min。

掘進(jìn)機(jī)環(huán)形外噴霧裝置安裝在掘進(jìn)機(jī)懸臂上，布置有若干水平朝向迎頭和垂直噴嘴。裝置能夠在截割頭及懸臂周圍形成360°的密實(shí)霧流，有效包裹截割頭，覆蓋產(chǎn)塵區(qū)域，使大部分粉塵被水霧捕集，產(chǎn)塵量減少。

圖1 長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)示意圖

特制的附壁風(fēng)筒是用于實(shí)現(xiàn)分段控風(fēng)的關(guān)鍵系統(tǒng)部件，風(fēng)筒壁上平均分布著6 個(gè)斜向上30°的可收縮關(guān)閉的徑向出風(fēng)口，用于實(shí)現(xiàn)徑向出風(fēng)，形成控塵風(fēng)幕。6 個(gè)徑向出風(fēng)口的總斷面積與軸向出風(fēng)口的斷面積基本相等，通過(guò)調(diào)節(jié)附壁風(fēng)筒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供風(fēng)方向和軸徑向出風(fēng)比的精確調(diào)節(jié)。通過(guò)精確調(diào)節(jié)供風(fēng)方向和軸徑向出風(fēng)比，可以在掘進(jìn)工作面作業(yè)區(qū)域形成自后向前運(yùn)移的風(fēng)流流場(chǎng)，將掘進(jìn)機(jī)割煤產(chǎn)生的含塵氣流控制在工作面迎頭（即司機(jī)前方），并最終經(jīng)過(guò)除塵系統(tǒng)的凈化后排入巷道后方，實(shí)現(xiàn)高效控塵降塵。

3 附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比試驗(yàn)研究

“長(zhǎng)壓短抽”高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)試運(yùn)行期間，為研究附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比和降塵效率及瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系，進(jìn)行了附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比的精確調(diào)節(jié)及測(cè)定試驗(yàn)，對(duì)附壁風(fēng)筒的軸徑向出風(fēng)量、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工作面的降塵效率和瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了同步測(cè)試。

3.1 附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比精確調(diào)節(jié)及測(cè)定試驗(yàn)

附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比的精確調(diào)節(jié)及測(cè)定試驗(yàn)共進(jìn)行了2 次，試驗(yàn)采用測(cè)定軸向出風(fēng)口風(fēng)速，再換算成出風(fēng)量的方法。在工作面生產(chǎn)狀態(tài)條件下，依次增加開啟附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)口的數(shù)量，每開啟1 個(gè)徑向出風(fēng)口，都用高速風(fēng)表測(cè)出該狀態(tài)下軸向出風(fēng)口的平均風(fēng)速，之后將平均風(fēng)速換算為軸向出風(fēng)量，再根據(jù)總供風(fēng)量和軸向出風(fēng)量計(jì)算出徑向出風(fēng)量。試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 軸徑向出風(fēng)比調(diào)節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)口開啟數(shù)量增多，徑向出風(fēng)量逐漸增加，增加趨勢(shì)為先急后緩。徑向出風(fēng)口全部打開時(shí)，軸徑向出風(fēng)比可以達(dá)到1:0.8 以上，此時(shí)軸向出風(fēng)量和徑向出風(fēng)量基本相等，符合6 個(gè)徑向出風(fēng)口的總斷面積與軸向出風(fēng)口的斷面積基本相等的規(guī)律。如需繼續(xù)增大徑向出風(fēng)量，應(yīng)縮小軸向出風(fēng)口的斷面積，減小軸向出風(fēng)量，從而加大徑向出風(fēng)量。

3.2 工作面綜合降塵效率及迎頭瓦斯?jié)舛葴y(cè)試

在進(jìn)行附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比的精確調(diào)節(jié)及測(cè)定試驗(yàn)的同時(shí)，采用直讀式粉塵濃度測(cè)定儀和便攜式瓦斯?jié)舛葴y(cè)定儀，對(duì)開啟不同數(shù)量徑向出風(fēng)口狀態(tài)下，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工作面的降塵效率和迎頭的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行同步測(cè)定。測(cè)定期間，為取得高效的降塵效果，通風(fēng)除塵系統(tǒng)和掘進(jìn)機(jī)環(huán)形外噴霧裝置同時(shí)開啟運(yùn)行。測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 工作面瓦斯?jié)舛群头蹓m濃度測(cè)試對(duì)比結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)口開啟數(shù)量增多，工作面迎頭的相對(duì)瓦斯?jié)舛戎饾u升高，升高趨勢(shì)先緩后急。徑向出風(fēng)口全部開啟時(shí)，相對(duì)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大，為0.46%，滿足最大相對(duì)瓦斯?jié)舛炔坏贸^(guò)0.5%的要求。出風(fēng)口全部關(guān)閉時(shí)則相反。

在滿足瓦斯?jié)舛炔怀瑯?biāo)的情況下，工作面的通風(fēng)降塵效率也隨附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)口的開啟數(shù)量增多而逐漸提高。開啟1～4 個(gè)徑向出風(fēng)口時(shí)，降塵效率增速較緩：開啟5～6 個(gè)出風(fēng)口時(shí)，效率大幅提高。徑向出風(fēng)口全部開啟時(shí)，工作面的通風(fēng)降塵效率最高，配合掘進(jìn)機(jī)環(huán)形外噴霧，工作面的綜合降塵效率可達(dá)97.9%；出風(fēng)口全部關(guān)閉時(shí)，綜合降塵效率也能達(dá)到80%以上。

3.3 軸徑向出風(fēng)比和降塵效率及瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著附壁風(fēng)筒徑向出風(fēng)口開啟數(shù)量從1 增加到6 個(gè)過(guò)程中，軸徑向出風(fēng)比從1:0.2 調(diào)整到1:0.8，徑向出風(fēng)量增加，且增加趨勢(shì)為先急后緩。當(dāng)開啟數(shù)量達(dá)到6 時(shí)，徑向出風(fēng)量達(dá)到最大。軸徑向出風(fēng)比從1:0.2 調(diào)整到1:0.8 過(guò)程中，降塵效率逐漸提高，但是瓦斯?jié)舛纫仓饾u增大。當(dāng)開啟的徑向出風(fēng)口達(dá)到一定數(shù)量，徑向出風(fēng)量達(dá)到一定程度后，能夠在工作面巷道中形成有效的自后向前運(yùn)移的風(fēng)流場(chǎng)，將粉塵控制在工作面迎頭，進(jìn)而取得較高的降塵效率。同時(shí)，徑向出風(fēng)量增大會(huì)導(dǎo)致軸向出風(fēng)量相應(yīng)地減小，以及受到控塵風(fēng)流場(chǎng)的影響，在迎頭瓦斯相對(duì)涌出量相同的情況下，被軸向出風(fēng)量吹散稀釋的瓦斯減少，迎頭瓦斯積聚迅速增加。當(dāng)工作面迎頭瓦斯相對(duì)涌出量較大時(shí)，應(yīng)關(guān)閉部分徑向出風(fēng)口，減小徑向出風(fēng)量，增大軸向出風(fēng)量，首先保證最大瓦斯?jié)舛炔怀?，但同時(shí)也必然會(huì)導(dǎo)致降塵效率下降。“長(zhǎng)壓短抽”通風(fēng)除塵系統(tǒng)附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比精確調(diào)節(jié)及測(cè)定試驗(yàn)為除塵設(shè)備參數(shù)的設(shè)定和應(yīng)用提供了依據(jù)，在保障瓦斯?jié)舛炔怀薜那闆r下有效提高除塵效率。

4 結(jié)論

以萬(wàn)家莊煤礦20101 綜掘工作面為例，進(jìn)行了新型“長(zhǎng)壓短抽”高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用研究。對(duì)系統(tǒng)徑向出風(fēng)口開啟數(shù)量、軸徑向出風(fēng)比與系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工作面的降塵效率和瓦斯?jié)舛汝P(guān)系進(jìn)行了研究，為“長(zhǎng)壓短抽”高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定及除塵效率的調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。根據(jù)掘進(jìn)工作面迎頭瓦斯相對(duì)涌出量的大小合理調(diào)節(jié)軸徑向出風(fēng)比，迎頭瓦斯相對(duì)涌出量較大時(shí)，必然會(huì)對(duì)工作面的通風(fēng)降塵效率造成一定的影響。在掘進(jìn)工作面迎頭瓦斯相對(duì)涌出量較大，通風(fēng)降塵效率較低時(shí)，可以采取掘進(jìn)機(jī)高壓外噴霧、泡沫噴霧或同時(shí)加大供風(fēng)量和除塵系統(tǒng)抽風(fēng)量等措施提高工作面降塵效率。