綜放移架塵源負壓卷吸裝置的設計與應用

徐 日，呂純濤，王 強

(山西朔州平魯區龍礦大恒煤業有限公司，山西 朔州 036000)

隨著我國經濟與科技的高速發展，煤炭行業的機械化水平不斷提高，生產規模不斷擴大，同時也伴隨著嚴重的粉塵污染問題[1]。據資料統計，采用濾膜計重法對不采取任何防塵措施情況下的綜放工作面粉塵濃度進行測定，礦井中個別作業地點的瞬時總塵濃度可高達2 000～3 000 mg/m3，遠遠超出了《煤礦作業場所職業病危害防治》規定的4 mg/m3的加權平均容許濃度值[2]。雖然煤礦也采取了一些積極有效的措施防治粉塵，例如采煤機內外噴霧、支架噴霧等措施，但是在支架架間等一些作業人員密集的區域，粉塵濃度依然過高[3]。因此，本文針對截割粉塵由采煤空間向架前、人行道等作業人員密集區域的擴散運移規律，基于噴嘴水射流卷吸機理，設計了一種適用于綜放工作面液壓支架架間的負壓卷吸裝置，并在大恒煤礦41108綜放工作面進行了工程應用。

1 工作面概況

41108綜放工作面位于一采區，走向長度400 m，傾斜長度200 m，開采4-1號煤，煤層厚度為5.80～18.81 m，平均10.28 m，傾角平均3°左右，屬全區穩定可采的厚煤層。該煤層結構復雜，含夾矸0～5層，夾矸巖性多為高嶺巖、炭質泥巖和砂質泥巖。煤層頂板為中砂巖、砂質泥巖、泥巖，底板為中細粉砂巖、泥巖。在液壓支架的選取上考慮了盡量增大放煤空間的ZF7600/18/35型放頂煤中部液壓支架，支架中心距為1.5 m。割煤時截齒截割以及支架移架的過程中破碎的煤層和巖層下落會產生大量粉塵，粉塵隨風流擴散到工作面和支架人行道側，污染工作環境。

2 負壓卷吸裝置的設計及工作原理

2.1 噴嘴的優選

對優選后噴嘴的常規性能參數進行測定，最終選用了孔徑1.6 mm的含X形導流芯混合式噴嘴，該噴嘴在4 MPa的壓力下，霧化角為122.9°，有效射程達到3.3 m，霧化封閉尺寸(長×寬×高)最大可以達到5.7 m×4.6 m×3.1 m，完全達到綜放工作面移架噴霧的要求，另外該噴嘴耗水量較少，為3.41 L/min，滿足綜放面工程應用的要求[4]。實驗中噴霧實際效果如圖1所示。

圖1 噴霧實際效果

2.2 負壓卷吸裝置的設計

本裝置主要包括霧化噴嘴組和卷吸除塵罩，能夠利用噴嘴組噴霧時產生的噴射氣流，對支架頂梁上端和側端的含塵氣流起到有效的卷吸作用。圖2和圖3分別是綜放移架塵源負壓卷吸裝置的實物圖和結構示意，裝置上端的安裝環、螺絲起到安裝固定的作用，裝置前端設置有3個霧化噴嘴，產生密集的水幕阻隔粉塵[5]。裝置的側端和后端分別設置有兩個卷吸口，裝置全長0.39 m，側端的卷吸口長0.06 m、寬0.04 m，后端的卷吸口長0.11 m、寬0.05 m。另外可以通過調節固定裝置改變其噴嘴組的出霧角度。

圖2 負壓卷吸裝置實物

圖3 負壓卷吸裝置結構示意

2.3 現場安裝方式

如圖4所示，使用時將安裝環固定在液壓支架的頂梁處，通過調節固定裝置的朝向改變噴嘴組出霧的朝向。水泵通過加水口與噴嘴組連接，工作時控制裝置前端的噴嘴組進行噴霧，形成高密度的霧滴場，和割煤、移架和放煤時產生的煤塵快速的碰撞、沉降，來完成降塵。另外卷吸口起到了負壓吸塵的作用，工作時由于高壓引射氣流的作用從而產生高強度的負壓場，有效地覆蓋了移架間的區域[6]。

圖4 負壓卷吸裝置安裝示意

3 現場應用及效果分析

將設計的綜放移架塵源負壓卷吸裝置應用于大恒煤礦41108綜放工作面，并測定了使用該裝置前后工作面不同位置的粉塵濃度。測點布置分別為：測點1為移架頂梁處，測點2為采煤機位置處，測點3為移架間的人行道處，測點4為放煤點[7]。通過對以上測點進行三次測定取平均值獲得最終的粉塵濃度結果。圖5是使用負壓卷吸裝置前后不同測點全塵濃度結果，圖6是使用綜放移架塵源負壓卷吸裝置前后不同測點呼塵濃度結果。

圖5 使用裝置前后不同測點全塵濃度

圖6 使用裝置前后不同測點呼塵濃度

由圖5、6可知，工作面在采取普通噴霧條件下，移架頂梁處、采煤機位置處、移架間的人行道處以及放煤點處的全塵和呼塵濃度的最高值分別達到了179.4 mg/m3、349.3 mg/m3、174.1 mg/m3、262.3 mg/m3和89.3 mg/m3、196.6 mg/m3、81.6 mg/m3、114.2 mg/m3；在應用了綜放移架塵源負壓卷吸裝置后，上述測點的全塵和呼塵濃度依次降低到56.3 mg/m3、103.3 mg/m3、66.7 mg/m3、78.3 mg/m3和16.5 mg/m3、48.8 mg/m3、15.2 mg/m3、26.3 mg/m3，各個測點的全塵平均降塵率可達 67.6%，呼塵平均降塵率達 78.8%，粉塵污染問題得到了很大程度上的改善。結果表明，綜放移架塵源負壓卷吸裝置可以有效降低移架時支架人行道的粉塵濃度，防治粉塵向外擴散，提高了噴霧降塵的效率，保障了礦井的安全生產。

4 結 語

針對支架架間粉塵濃度過高的問題，基于噴射氣流的卷吸機理，設計了一款由噴嘴組和負壓卷吸罩組成的綜放移架塵源負壓卷吸裝置，通過在大恒煤礦41108綜放工作面應用后，工作面的粉塵濃度均有不同程度的降低，各個測點的全塵平均降塵率為67.6%、呼塵平均降塵率為78.8%，工作面、尤其是移架間的人行道區域降塵效果明顯，工作環境得到了很大程度的改善。