李波 董旗

(上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦，江蘇沛縣 221611)

姚橋煤礦綜掘工作面濕式通風(fēng)除塵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用①

李波②董旗

(上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦，江蘇沛縣 221611)

本文通過(guò)對(duì)綜掘工作面濕式通風(fēng)除塵系統(tǒng)原理的研究，經(jīng)過(guò)綜合論證，利用濕式除塵的原理，根據(jù)井下巷道斷面、綜掘機(jī)整體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了濕式通風(fēng)除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了除塵器、吸塵裝置和管道等部件能隨掘進(jìn)機(jī)跟機(jī)行走，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并在壓入式通風(fēng)風(fēng)筒上，使用了帶風(fēng)門(mén)的附壁風(fēng)筒，提高了收塵效率。在同樣條件下，沒(méi)有使用該系統(tǒng)前粉塵最高濃度達(dá)到310 mg/m3，使用后最高濃度只有49mg/m3，降塵率達(dá)到了84.2%，降塵效果明顯，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，提高了安全保障能力，為促進(jìn)綜掘機(jī)械化的發(fā)展發(fā)揮了積極作用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

掘進(jìn);濕式通風(fēng)除塵;除塵率;附壁風(fēng)筒;振弦

0 引言

煤礦井下掘進(jìn)工作面作為綜采工作的前期開(kāi)拓工作面，它的產(chǎn)塵量在井下總產(chǎn)塵量中所占的比例僅次于綜采工作面，并且井巷的掘進(jìn)又以期工序多、塵源分散、粉塵分散度高的特點(diǎn)，成為防塵的重點(diǎn)。

綜掘工作面粉塵來(lái)源主要來(lái)自截割過(guò)程，截齒靠近煤壁與煤壁接觸后煤體受到擠壓，截齒深入煤體，煤體進(jìn)而承受剪切作用，當(dāng)截齒離開(kāi)煤壁時(shí)，煤體破碎而成粉塵末狀掉落下來(lái)形成煤塵。如果降落的煤塵隨著截割滾筒的旋轉(zhuǎn)而飛揚(yáng)起來(lái)，就使煤塵進(jìn)入運(yùn)動(dòng)的氣流中擴(kuò)散。另外，工作面通風(fēng)、截割頭旋轉(zhuǎn)以及煤下落形成的風(fēng)流作用也會(huì)產(chǎn)生粉塵，這些粉塵呈懸浮狀態(tài)并隨著工作面風(fēng)流擴(kuò)散，如果不在產(chǎn)塵源時(shí)及時(shí)滅塵，則會(huì)使煤塵充斥整個(gè)巷道，這樣在整個(gè)掘進(jìn)工作面上百米巷道中造成很?chē)?yán)重的煤塵污染。濃度很高的煤塵不但影響了礦工的身體健康，同時(shí)還容易引起煤塵爆炸的事故。所以，掘進(jìn)工作面的防塵一直是井下防塵的重點(diǎn)。從掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)塵機(jī)理分析中可以看出，最好的防塵技術(shù)措施應(yīng)針對(duì)粉塵的形成處，即在截割煤炭時(shí)，減少粉塵的形成，其次是盡可能的把粉塵控制在一定空間內(nèi)收集降塵。

1 概況

姚橋煤礦位于江蘇省徐州市西北82km蘇魯交界處的微山湖畔，大屯礦區(qū)的東北部，沛縣楊屯鎮(zhèn)境內(nèi)，它東連微山縣，南望沛縣，西北和北部與楊屯、龍固兩鎮(zhèn)相依，井田面積為56.7 km2;地質(zhì)儲(chǔ)量約5.35億t。其中：陸地部分約占62%，湖下部分約占38%，礦區(qū)地貌屬黃淮沖積平原，地勢(shì)平坦，年平均氣溫在13.8℃左右;風(fēng)向以東南風(fēng)為主，風(fēng)力一般為3～4級(jí)，平均年降水量在811.7mm，且大部分集中在七、八月份。

可采煤層賦存太原群及山西組，該兩組地層厚度均為753 m，可采煤層為7、8、17、18號(hào)煤層可采厚度10.25 m，可采系數(shù)4.2%，屬優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，灰份為20%，熱量為6000 K，揮發(fā)份為36～39，原煤水份5%～6%，含硫量小于1%礦井所產(chǎn)商品煤為優(yōu)質(zhì)混煤，經(jīng)過(guò)洗選的14及至6級(jí)精煤，煤質(zhì)具有低磷、低灰、低硫、發(fā)熱量高的特點(diǎn)礦井瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，煤塵爆炸指數(shù)為33.67%～46.07%，屬?gòu)?qiáng)爆型煤塵，姚橋煤礦煤炭具有自燃發(fā)火傾向性，發(fā)火期小于3～6個(gè)月，歷史上最短自燃發(fā)火期為26天，自燃發(fā)火危險(xiǎn)性被定為一級(jí)自燃發(fā)火礦井。

隨著煤礦機(jī)械化水平的提高，掘進(jìn)工作面由于工序繁雜，產(chǎn)生粉塵的地點(diǎn)位置多變，粉塵污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，在根據(jù)機(jī)械化掘進(jìn)的特點(diǎn)實(shí)施了綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧、轉(zhuǎn)載點(diǎn)自動(dòng)噴霧、凈化水幕等降塵技術(shù)后，機(jī)械化掘進(jìn)工作面粉塵濃度得到大幅度降低，但與國(guó)家規(guī)定的粉塵濃度值還差之甚遠(yuǎn)經(jīng)在姚橋媒礦井下實(shí)測(cè)顯示，如綜掘工作面在不使用內(nèi)外噴霧等降塵設(shè)施時(shí)，司機(jī)處的粉塵濃度達(dá)到了1400mg/m3以上;在使用了內(nèi)外噴霧等降塵設(shè)施且噴霧效果較好時(shí)，司機(jī)處粉塵濃度還高達(dá)310 mg/m3，而且呼吸性粉塵濃度達(dá)150 mg/ m3。無(wú)論是全塵濃度還是呼吸性粉塵濃度均嚴(yán)重超標(biāo)，嚴(yán)重影響和威脅煤礦正常安全生產(chǎn)和工人的身體健康。為此，根據(jù)機(jī)械化掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵的地點(diǎn)和特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種除塵技術(shù)的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)一套與綜掘機(jī)組配套的濕式通風(fēng)除塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效捕塵，有效降低工作面的粉塵濃度，從而保證安全生產(chǎn)和職工身體健康。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置與原理

2.1 綜掘機(jī)組工作面配套除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(如圖1所示)

圖1 綜掘機(jī)組工作面配套除塵系統(tǒng)圖

2.2 控塵裝置及控塵技術(shù)

此裝置采用長(zhǎng)壓短抽混合式通風(fēng)除塵系統(tǒng)，它以壓入式通風(fēng)為主，在工作面附近以短抽的方式將工作面的含塵空氣吸入除塵器就地凈化處理。長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵的優(yōu)點(diǎn)：通風(fēng)設(shè)備簡(jiǎn)單，風(fēng)筒成本低，管理容易;新鮮風(fēng)流呈射流狀作用到工作面，作用距離長(zhǎng)，容易排出工作面局部瓦斯積聚和滯留的粉塵，通風(fēng)和除塵系統(tǒng)相互獨(dú)立以及在任何情況下不會(huì)影響通風(fēng)系統(tǒng)正常工作，安全性好。長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)的缺點(diǎn)：巷道內(nèi)仍有一定程度的粉塵污染，除塵設(shè)備移動(dòng)頻繁。針對(duì)長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)的缺點(diǎn)，在壓入風(fēng)筒前增加附壁風(fēng)筒，利用氣流的附壁效應(yīng)，將原來(lái)壓入式風(fēng)筒供給綜掘工作面的軸向風(fēng)流改變?yōu)檠叵锏辣谛D(zhuǎn)風(fēng)流，并以一定的旋轉(zhuǎn)速度吹向巷道的周壁及整個(gè)巷道斷面，不斷向掘進(jìn)工作面推進(jìn)。從而來(lái)解決巷道中的吸塵盲點(diǎn)，進(jìn)一步降低巷道內(nèi)粉塵的污染問(wèn)題。其次，把吸塵裝置及風(fēng)道設(shè)計(jì)安裝在掘進(jìn)機(jī)上與其配套，使其吸塵裝置能隨掘進(jìn)機(jī)工作而能上下移動(dòng)左右旋轉(zhuǎn)，吸塵裝置始終都對(duì)準(zhǔn)截割頭部位，有效控制掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)粉塵的擴(kuò)散問(wèn)題，提高吸捕效果。最后，除塵風(fēng)機(jī)通過(guò)安裝在移動(dòng)小車(chē)上放在機(jī)尾跑道上，再由連接桿和掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾橋架聯(lián)接成一個(gè)整體，隨著掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎都能實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行，免去了除塵設(shè)備移動(dòng)頻繁，減少工人的工作量。

在綜掘機(jī)組工作面配套除塵系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了帶風(fēng)門(mén)的附壁風(fēng)筒，掘進(jìn)時(shí)把風(fēng)門(mén)關(guān)閉，使風(fēng)流從附壁風(fēng)筒側(cè)壁流出，變成旋轉(zhuǎn)風(fēng)流向工作面送風(fēng)見(jiàn)圖2。支護(hù)時(shí)把風(fēng)門(mén)打開(kāi)，使風(fēng)流直接吹向工作面。

圖2 附壁風(fēng)筒在巷道產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)風(fēng)流示意圖

吸塵口距掘進(jìn)工作面迎頭的距離不超過(guò)4m若此距離太近，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)，由于機(jī)械力的作用將相當(dāng)部分的粉塵還來(lái)不及被吸入吸塵口就被風(fēng)流帶出工作面，若距掘進(jìn)工作面迎頭距離太遠(yuǎn)，工作面的粉塵經(jīng)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處后才被吸入除塵器，顯然，司機(jī)處的粉塵濃度得不到降低。為了減小風(fēng)速偏小處巷道長(zhǎng)度和避免工作面出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)，除壓入風(fēng)量應(yīng)大于抽出風(fēng)量外，除塵其排放口與附壁風(fēng)筒距離一般在5～10 m左右，具體見(jiàn)圖1。

圖3 附壁風(fēng)筒外形圖

除塵系統(tǒng)除塵器采用高效濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)。其工作原理是含塵空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)動(dòng)力吸入除塵器并通過(guò)振弦過(guò)濾板時(shí)，在來(lái)流方向上設(shè)置噴霧頭使水霧化噴向振弦過(guò)濾板，附有水幕的纖維能使粉塵濕潤(rùn)增重并滯留，同時(shí)由于通過(guò)的含塵氣體使纖維在氣流的沖擊下產(chǎn)生振動(dòng)，強(qiáng)化了水霧霧粒與含塵氣體中粉塵的沖突，提高了對(duì)微細(xì)粉塵的捕獲率，振動(dòng)也提高了振弦過(guò)濾板自身纖維的自凈能力，由于噴霧頭不斷向振弦過(guò)濾板噴霧，經(jīng)過(guò)振弦過(guò)濾板的含塵氣體變成含有水霧與濕潤(rùn)粉塵粒子和粉塵團(tuán)的混合物，部分塵粒或塵團(tuán)被捕獲因水幕的加厚或其自重隨水流下降，同時(shí)自潔清洗振弦過(guò)濾板積塵，其余粉塵及微粒經(jīng)水幕碰撞變成濕潤(rùn)的粉塵、塵團(tuán)進(jìn)入脫水裝置分離，污水從排污口排出，凈化后的空氣從排風(fēng)口排出。

除塵器在系統(tǒng)中位置，將除塵風(fēng)機(jī)布置在皮帶機(jī)機(jī)尾的可移動(dòng)裝置上，實(shí)現(xiàn)了除塵風(fēng)機(jī)可隨轉(zhuǎn)載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，具體見(jiàn)圖4。

圖4 除塵風(fēng)機(jī)移動(dòng)裝置布置圖

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1)首次研制成功與掘進(jìn)機(jī)配套使用的機(jī)掘工作面高效除塵系統(tǒng)裝置，實(shí)現(xiàn)了除塵器及吸塵裝置能隨著掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)移動(dòng)，免去了重復(fù)吊掛風(fēng)筒，移動(dòng)風(fēng)筒等日常工作中的維護(hù)。

2)首次在國(guó)內(nèi)使用了帶風(fēng)門(mén)的附壁風(fēng)筒并在附壁風(fēng)筒前聯(lián)接了導(dǎo)流風(fēng)筒，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)和支護(hù)兩種工作狀態(tài)的供風(fēng)要求。

3)除塵器采用了旋流技術(shù)，可有效的分離污水和空氣。

4)除塵風(fēng)機(jī)的控制，可通過(guò)掘進(jìn)機(jī)的電控箱控制。

5)除塵器排污的水量小，排在機(jī)尾皮帶機(jī)上隨煤一起運(yùn)出巷道，減少了巷道的污染。

6)除塵器水源與掘進(jìn)機(jī)噴霧水源接通，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，無(wú)需重復(fù)移動(dòng)水源接口的麻煩。

4 井下應(yīng)用情況

該系統(tǒng)成套設(shè)備在姚橋煤礦進(jìn)行了應(yīng)用。跟蹤測(cè)試了31個(gè)工作日，共掘進(jìn)進(jìn)尺350m，經(jīng)過(guò)使用前后對(duì)比。其中總粉塵濃度除塵率達(dá)80%～84%;呼吸性粉塵降塵率達(dá)80.6%～86.2%。測(cè)定數(shù)據(jù)如表1所示：

7269溜子道粉塵濃度測(cè)定

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，濕式振弦通風(fēng)除塵系統(tǒng)參數(shù)確定合理、技術(shù)先進(jìn)，適用于井下12～18m2斷面煤巷或半煤巖巷掘進(jìn)時(shí)與綜掘機(jī)組、掘進(jìn)壓入式通風(fēng)配套使用，能夠有效降低掘進(jìn)過(guò)程中的粉塵濃度，明顯改善工作環(huán)境，提高煤礦生產(chǎn)的安全性，降低煤礦工人矽肺病的發(fā)病率，為促進(jìn)綜掘機(jī)械化的發(fā)展發(fā)揮了積極作用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］盧鑒章.礦井粉塵防治［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1992

［2］趙益芳.礦井防塵理論及技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991

［3］穆智宏.煤礦防塵與粉塵檢測(cè)［M］.濟(jì)南：黃河出版社，1991

［4］趙書(shū)田.煤礦粉塵防治技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1987

［5］劉崇友，焦享強(qiáng).除塵風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)(MT159－1995).煤炭工業(yè)部，1995

Yao Bridge comprehensive excavation face wet coal mine ventilation and dust removal system and its application

LI Bo，DONG Qi

(Shanghai Tatun Energy Inc.coal Yao Bridge，Peixian Jiangsu221611)

Based on the comprehensive excavation face wet ventilation and dust removal system principle study，after a compre hensive feasibility studies，the use of the principle of wet dust，according to the underground tunnel cross－section，the overall structure of integrated excavators，optimized design，ventilation and wet dust removal system to determine the structure，The sys tem design，advanced technology，to achieve a dust collector，vacuum devices and piping and other components can walk with the boring machine with the machine，reducing the labor intensity，and into the ventilation duct in the pressure on the throttle with the use of The mural hairdryer，improved dust collection efficiency.Under the same conditions，do not use the system before the maximum dust concentration 310mg/m3，with the highest concentration only after 49 mg/m3，the rate reached 84.2%dust，dust effect is obvious，to improve the working environment of workers，improved safety ability to promote the development of integrated mechanized excavation has played an active role in creating a greater economic and social benefits.

tunneling;ventilation and wet dust;dust removal rate;with a wall hairdryer;vibrating wire

TD714+.43

A

1672－7169(2011)03－0012－04

2011－04－23

李波(1975－)，男，大學(xué)畢業(yè)，工程師，上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦通風(fēng)副總工程師。