掘進巷道粉塵封閉治理技術研究

朱起超

（山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 引言

粉塵是原煤開采的主要衍生物之一。綜采工作面粉塵一般經回風聯絡巷排出，采煤機噴霧、架間噴霧和防塵水幕都可以起到較好的防塵抑塵作用，而掘進巷道一般為獨頭巷道，掘進機作業產生的粉塵會在風筒的作用下擴散至整個巷道，極易造成大面積的粉塵污染，嚴重影響作業人員的身心健康和現場質量標準化工作，甚至導致煤塵爆炸等次生災害[1]。因此，如何從塵源處有效抑塵降塵，從源頭降低粉塵污染，一直是煤礦行業綠色開采的重要研究課題之一。

2 現場概況

岳城煤礦為晉煤沁秀公司下屬高瓦斯礦井，礦井通風方式為分區通風，巷道采用局部通風機供風，每掘進50m貫通一個橫川，將前一個橫川臨時封閉，巷道配風量滿足要求。試驗巷道為13091巷，巷道全長1350m，掘進期間全塵濃度平均在700mg/m3，呼吸性粉塵平均在245mg/m3，割煤期間機組至橫川及回風通道能見度不足5m，嚴重影響作業安全和職工身心健康。因此非常有必要研究工作面封閉除塵技術，確保巷道安全掘進。

3 研究內容

針對岳城煤礦綜掘工作面粉塵大的問題，擬采用“三步封閉除塵法”：一是在搖臂附近安裝引射除塵裝置，在粉塵剛剛產生的初級階段捕獲處理一部分粉塵；二是在掘進機右側（回風側）采用機載高壓噴霧裝置對揚起的粉塵進行“打壓”；三是利用輕質附壁風筒和自移式高頻脈沖除塵風機的匹配將工作面的粉塵控制在迎頭并通過除塵風機捕捉處理，最終形成綜掘工作面高效封閉除塵系統。

3.1 技術路線

綜掘工作面封閉除塵系統是利用引射除塵裝置和機載高壓噴霧除塵裝置對綜掘工作面的大部分粉塵進行沉降處理，再通過研究高頻脈沖濕式除塵風機與附壁風筒的匹配性，利用附壁風筒形成空氣屏障，將高濃度粉塵控制在掘進迎頭范圍內，避免其向工作面其他人員作業區域擴散，再利用除塵風機將掘進工作面產生的粉塵捕捉沉降。其技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

3.2 粉塵分布研究

在13091巷現場采樣，采樣高度為工人呼吸高度，采樣點布置如圖2所示。

圖2 綜掘工作面粉塵采樣點布置示意圖

分別對掘進機不同區域、不同時段單位面積粉塵量進行統計，為綜掘工作面封閉除塵系統研究提供理論依據。

3.3 搖臂引射除塵裝置

通過模擬試驗優選出適合岳城煤礦綜掘工作面掘進機搖臂不同位置的引射除塵的引射量，確定合理的壓力等參數，在截割臂上距截割頭≥2m處安裝引射除塵裝置，實現最優降塵效果[2]。如圖3所示。

圖3 引射除塵裝置安裝示意圖

由于引射除塵裝置離工作面迎頭比較近，為防止片幫落石對設備造成損壞，需要對設備進行加固優化設計。

3.4 機載高壓噴霧裝置

通過捕獲到的粉塵在風流的作用下二次飛揚和自身的加速，將繼續向著風流阻力較小方向運動，此階段采用設置在掘進機右側（回風側）的機載高壓噴霧裝置對粉塵進行“打壓”，一些大顆粒的粉塵在此階段濕潤沉降。此時工作面能見度大大提高，同時減緩粉塵飛揚速度為下一步高頻脈沖除塵裝置粉塵捕獲提供有利條件[3]。如圖4所示。

圖4 機載高壓噴霧泵系統示意圖

4 封閉抑塵系統

經過引射除塵裝置、機載高壓噴霧降塵裝置兩級降塵措施處理后，剩下的粉塵通過綜掘工作面封閉抑塵系統進行處理。如圖5所示。

圖5 綜掘工作面封閉抑塵系統

其工作原理為利用附壁風筒形成空氣屏障，將高濃度粉塵控制在掘進迎頭范圍內，避免其向工作面其他人員作業區域擴散，再利用自移式高頻脈沖濕式除塵風機將掘進工作面產生的粉塵捕捉沉降。

4.1 輕質附壁風筒

該風筒總長1.7m，側壁設計有徑向出風條隙，風筒內設計有內置旋轉風門及外部擋風板。筒內設計有內置旋轉風門及外部擋風板，工作時打開外部擋風板并關閉內置旋轉風門，將軸向風流變為徑向風流，最大可調風量為180m3/min，使風流只能從徑向出風條隙流出，形成徑向的空氣屏障阻斷粉塵向外擴散。現場實施過程中，輕質附壁風筒兩端連接壓入式風筒，設置于巷道壓風側距綜掘迎頭15～20m位置處。為了形成空氣屏障，阻斷粉塵向外擴散，將軸向風流變為徑向風流。徑向風流在巷道和附壁風筒內置旋轉風門角度的引導下，形成兩種主要風流，一是徑向的空氣屏障，二是在內置旋轉風門角度的引導下，形成螺旋前進的風流涌向迎頭。

4.2 自移式高頻脈沖除塵裝置

自移式高頻脈沖除塵裝置，主要由高頻脈沖除塵風機、自移運載裝置、捕塵罩等組成。

（1）高頻脈沖除塵風機。該風機的額定處理風量為500m3/min，與輕質附壁風筒的調風能力以及工作面供風量相匹配，能在截割頭前方形成向正前的風流，避免了源頭處的粉塵擴散。

（2）自移運載裝置。礦用高頻脈沖除塵風機安設在距綜掘迎頭30～35m的轉載二運后，依靠與一運皮帶相連的自移運載裝置實現與掘進機間的同步移動，從而保持礦用高頻脈沖除塵風機與掘進迎頭間的固定距離，也避免了人工移動設備和增加風筒。

（3）捕塵罩。捕塵罩利用專用固定支架，布置在掘進司機前方大于0.5m的位置處。使用捕塵罩可以大大增加捕塵量，提高除塵效率。確定合理的捕塵罩形狀及進風口直徑，是捕塵的關鍵因素之一。

5 現場驗證

封閉除塵系統于2018年3月到7月在13091巷進行了工業試驗運行，測得現場粉塵含量如表1。

表1 13091巷粉塵濃度實測表

由上表可知，13091巷使用封閉除塵系統后，割煤機司機工作期間全塵濃度由412mg/m3降為38.4mg/m3，呼塵濃度由185mg/m3降為17.2mg/m3，降塵率分別達到90.6%和90.7%。說明引射裝置和捕塵罩能夠有效降低掘進機司機處的粉塵，基本實現了割煤期間粉塵可控。結合轉載機下風側和皮帶下風側數據可知，自移運載裝置能夠對轉載區域實現有效降塵，降塵率達到91.9%和89.9%。結合巷道迎頭100～200m范圍粉塵數據可知，巷道內降塵率達到90%左右，巷道內粉塵指標滿足規定要求。

6 結論

在13091巷實行“三步封閉除塵法”，利用引射除塵裝置和機載高壓噴霧除塵裝置對綜掘工作面的大部分粉塵進行沉降處理，利用附壁風筒將高濃度粉塵控制在掘進迎頭范圍內，最后利用除塵風機將掘進工作面產生的粉塵捕捉沉降。經過上述措施，割煤機司機工作期間全塵濃度和呼塵濃度降塵率分別達到90.6%和90.7%，自移運載裝置處降塵率達到91.1%，巷道內降塵率達到90%左右，有效降低了作業區域粉塵，達到了預期粉塵治理目標。