水幕降塵裝置研制與實踐應用

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備的磨損，引發粉塵爆炸事故，還能誘發工人的職業病。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用研究。

1 工作面煤塵情況

云崗礦復采81003工作面采用綜采放頂煤工藝，采高2.3m，設計運輸和膠帶平巷布置在原81003工作面的采空區內，煤層厚度為4.0m。原81003工作面開采作業完成后，頂板跨落導致很多有毒有害氣體都到采空區內聚集，檢測數據表明復采81003工作面空氣質量不佳，同時數據表明復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/濕式除塵和通風控塵等多種降塵除塵技術，有效地控制了粉塵的濃度。但在回風巷道距工作面5～20m處的粉塵濃度嚴重超標，分析原因為新鮮風流夾帶大量粉塵進入回風巷道，因此必須對回風巷道進行二次降塵除塵處理。當前國內煤礦還沒有有效的設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合設計和研制了一款水幕除塵裝置來進行降塵除塵作業。

2 水幕除塵裝置的研制和應用

云崗礦技術科聯合中煤科工集團重慶研究院針對復采81003工作面回風巷道距工作面5～20m處的粉塵濃度超標的實況，開發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 水幕除塵裝置結構

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

圖1 水幕除塵裝置結構

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一狹縫與回風巷道外部的儲液槽連接，方便儲液槽內儲的除塵液的進入。流水槽一端封閉，另一端敞口，敞口端位于回風巷道內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相應的掛鉤方便安裝使用，掛鉤懸掛在回風巷內的鋼架棚上。

該水幕除塵裝置結構的技術性能參數。除塵效率：＞ 90%；額定水壓：＜10MPa；噴霧流量：根據噴嘴數量確定；處理含塵風量：根據巷道斷面確定；工作方式：長期連續工作；適用環境溫度：＞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。

針對復采81003工作面產塵濃度為原工作面1.6倍的實際情況，特設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。試驗檢測數據結果如表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。結合水的表面張力因素分析可知，當降塵劑濃度為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。因此結合環境因素和經濟成本因素，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為兩層，層與層之間保留相應的距離，提高了降塵效果。噴液管的正下方管壁上開設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中存在的粉塵，達到降塵除塵的作用。經過多方位的降塵除塵，能大面積降低進入到回風巷道的粉塵濃度。

3 實踐應用效果分析

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

表2 水幕除塵裝置應用后回風巷道內粉塵濃度檢測表

從表2數據可以看出，經過水幕除塵裝置后，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量，充分說明云崗礦復采81003工作面水幕除塵裝置的研制與實踐應用是成功的。

4 結論

（1）在云崗礦復采81003工作面時，在距離工作面5m處的回風巷道內安置水幕除塵裝置。數據檢測結果表明：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用能有效降低粉塵濃度，提高井下空氣質量。

（2）該水幕除塵裝置的研制，全部采用生產標準化和規模化，安裝簡單方便，在裝置上設有人員進出小門，該水幕除塵裝置的設計合理、實用。