綜掘工作面綜合除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 勝

（山西潞安集團(tuán)蒲縣隰東煤業(yè)有限公司， 山西 蒲縣 041208）

引言

煤礦井下粉塵可細(xì)分為巖塵、煤塵兩類(lèi)，主要在采煤機(jī)割煤、破巖、運(yùn)輸、爆破等環(huán)節(jié)產(chǎn)生，井下粉塵給作業(yè)人員身體健康以及作業(yè)安全帶來(lái)威脅[1-2]。作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間在高粉塵環(huán)境中工作，粉塵會(huì)隨著呼吸進(jìn)入到體內(nèi)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間積累輕癥患者會(huì)呈現(xiàn)出呼吸道炎癥、皮膚病等著癥狀，重癥患者則會(huì)出現(xiàn)塵肺病、中毒性肺炎等危及生命安全[3-4]。井下爆炸性煤塵達(dá)到一定濃度（煤塵質(zhì)量濃度在30～50 g/m3以上）時(shí)，遇火可能發(fā)生煤塵爆炸。現(xiàn)階段我國(guó)相當(dāng)一部分礦井綜掘工作面粉塵濃度控制效果不佳，綜掘司機(jī)在高濃度粉塵環(huán)境工作超過(guò)10 a 以上患?jí)m肺病概率接近100%，煤炭行業(yè)每年因?yàn)閴m肺病造成的死亡人數(shù)約為工傷造成死亡人數(shù)的6 倍以上[5-6]。因此，對(duì)綜掘工作面綜合除塵技術(shù)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 綜掘工作面除塵系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

綜掘工作面由于本身屬于獨(dú)頭掘進(jìn)，局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)距離長(zhǎng)，風(fēng)排粉塵能力有限，掘進(jìn)時(shí)整個(gè)綜掘巷道內(nèi)粉塵濃度一直處于高位，粉塵治理成為制約巷道掘進(jìn)安全的一個(gè)難題。盡管在綜掘工作面采取一系列的降塵、控塵技術(shù)措施，但是粉塵治理效果仍有較大的提升空間。

1.1 機(jī)載除塵系統(tǒng)

機(jī)載除塵依靠自身的噴霧除塵系統(tǒng)，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足作業(yè)點(diǎn)除塵需要，井下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，采用綜掘機(jī)機(jī)載噴霧除塵系統(tǒng)時(shí)，上、下山巖巷粉塵質(zhì)量濃度分別為405 g/m3、252 g/m3，此粉塵濃度會(huì)嚴(yán)重影響作業(yè)點(diǎn)人員身體健康。具體綜掘機(jī)自身攜帶的噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 綜掘機(jī)自身攜帶的噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 傳統(tǒng)通風(fēng)除塵風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

該種除塵風(fēng)機(jī)通過(guò)局部正壓風(fēng)機(jī)向作業(yè)點(diǎn)供風(fēng)，并通過(guò)負(fù)壓除塵風(fēng)機(jī)吸塵、吸風(fēng)，通過(guò)除塵風(fēng)機(jī)凈化作業(yè)點(diǎn)環(huán)境，具體除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 傳統(tǒng)通風(fēng)除塵及除塵風(fēng)機(jī)除塵示意圖

采用該種通風(fēng)除塵方式雖然在一定程度上降低掘進(jìn)工作面粉塵濃度，但在具體使用過(guò)程中粉塵濃度受到出風(fēng)口位置、除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口位置以及風(fēng)量變化影響，同時(shí)除塵風(fēng)機(jī)體積一般較大，占用本就狹小的巷道空間，同時(shí)除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口需要布置在掘進(jìn)點(diǎn)最前端，需要經(jīng)常移動(dòng)，容易受損，除塵效果也不穩(wěn)定。

1.3 移動(dòng)除塵裝置

現(xiàn)階段綜掘工作面采用的移動(dòng)除塵裝置在河南、河北以及山西等礦區(qū)使用較為廣泛，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下頁(yè)圖3。

移動(dòng)除塵裝置通過(guò)封塵簾降低，并布置在綜掘機(jī)上與綜掘機(jī)一起移動(dòng)，從而降低井下作業(yè)人員工作量。該裝置現(xiàn)場(chǎng)使用中存在水幕、擋風(fēng)簾降塵影響綜掘機(jī)司機(jī)視線，擋風(fēng)簾控制較為繁瑣；風(fēng)筒若采用剛性容易遭受擠壓變形，柔性易漏風(fēng)筒占用大量的巷道空間，不適宜用以掘機(jī)斷面較小的巷道。

圖3 移動(dòng)除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 綜合除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行原理

1）控塵。控制綜掘機(jī)截割破煤（巖）過(guò)程中粉塵的擴(kuò)散，是降低綜掘工作面粉塵的有效措施，作為有效的方式是以風(fēng)控塵，即人為控制掘進(jìn)工作面壓風(fēng)風(fēng)量以及風(fēng)向，從而實(shí)現(xiàn)綜掘工作面集塵目的。

2）吸塵。在綜掘機(jī)操作司機(jī)前方將集塵空間內(nèi)的粉塵吸入至負(fù)壓風(fēng)筒內(nèi)，采用除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行除塵。

3）除塵。選擇與綜掘工作面粉塵產(chǎn)生量相適應(yīng)的除塵風(fēng)機(jī)，對(duì)吸入到負(fù)壓風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)量進(jìn)行高效除塵。

2.2 除塵系統(tǒng)除塵工藝

具體設(shè)計(jì)的除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。在掘進(jìn)工作面正壓調(diào)風(fēng)裝置出口位置處布置調(diào)風(fēng)裝置，該裝置有2 個(gè)排風(fēng)控制口，可以根據(jù)需要對(duì)出風(fēng)口出風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)綜掘機(jī)正常截割煤巖生產(chǎn)時(shí)，除塵系統(tǒng)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器接收到工作信號(hào)，啟動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)、高壓供水管路控制閥、壓風(fēng)管路控制閥等，正壓調(diào)風(fēng)裝置開(kāi)啟向掘進(jìn)迎頭及側(cè)向同時(shí)出風(fēng)，與除塵風(fēng)機(jī)負(fù)壓風(fēng)口共同作用將粉塵大部分控制在掘進(jìn)迎頭位置從而降低粉塵向外擴(kuò)散量，有利于負(fù)壓風(fēng)筒收集粉塵。提供的新型風(fēng)流可以滿(mǎn)足掘進(jìn)工作面人員呼吸、稀釋瓦斯需要，綜掘機(jī)截割煤巖層后產(chǎn)生的粉塵大部分經(jīng)過(guò)負(fù)壓風(fēng)筒進(jìn)入到除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)水力除塵后排出。具體除塵系統(tǒng)采用的“長(zhǎng)壓短抽”除塵方法結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 “長(zhǎng)壓短抽”除塵方法示意圖

當(dāng)進(jìn)行頂板支護(hù)等工作時(shí)，綜合除塵系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，新鮮風(fēng)流均流向掘進(jìn)迎頭，恢復(fù)正常通風(fēng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，調(diào)風(fēng)裝置位于除塵風(fēng)機(jī)負(fù)壓進(jìn)風(fēng)口后方≥4 m、除塵風(fēng)機(jī)前方≥4 m 位置控塵效果較為明顯，綜掘機(jī)布置的除塵系統(tǒng)長(zhǎng)度控制約為20 m，因此綜掘機(jī)每向前移動(dòng)14 m 就應(yīng)調(diào)整一次調(diào)風(fēng)裝置以及除塵風(fēng)機(jī)位置。為了便于調(diào)整調(diào)風(fēng)裝置位置，在調(diào)風(fēng)裝置上增加布置手動(dòng)棘輪升降器從而便于調(diào)風(fēng)裝置的懸掛。

2.3 除塵系統(tǒng)設(shè)備分析

1）在局部通風(fēng)機(jī)正壓風(fēng)筒上布置調(diào)風(fēng)裝置，從而調(diào)整綜掘工作面掘進(jìn)迎頭風(fēng)流風(fēng)向，達(dá)到集聚粉塵目的，并降低粉塵向外擴(kuò)散量。

2）負(fù)壓風(fēng)筒為柔性塑料制品，具有較強(qiáng)的強(qiáng)度及彈性，使用時(shí)間長(zhǎng)。風(fēng)筒搭接位置處采用彈性結(jié)構(gòu)，從而使得風(fēng)筒可以適應(yīng)后期變形需要。

3）通過(guò)除塵風(fēng)機(jī)機(jī)載車(chē)可以將除塵風(fēng)機(jī)與綜掘機(jī)后側(cè)帶式輸送機(jī)一起前移，同時(shí)機(jī)載車(chē)結(jié)構(gòu)采用四連桿方式，不受綜掘機(jī)截割煤巖石時(shí)左右搖擺影響。除塵風(fēng)機(jī)機(jī)載車(chē)有兩層底座，上一層底座角度可以調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)巷道不同坡度掘進(jìn)需要。

4）綜掘機(jī)綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，不僅適宜大斷面巷道，同時(shí)也可應(yīng)用于小斷面巷道。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

從2015 年起該綜掘工作面綜合除塵系統(tǒng)已經(jīng)在礦井多個(gè)掘進(jìn)工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，通過(guò)不斷地優(yōu)化改進(jìn)，取得顯著應(yīng)用效果。采用ccz-1000 粉塵測(cè)定儀對(duì)綜掘工作面綜合除塵系統(tǒng)使用前后的粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表1。

從表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出，采用綜合除塵系統(tǒng)之后，綜掘工作面除塵效果明顯，綜合除塵率在80%以上，可以有效改善綜掘作業(yè)面作業(yè)環(huán)境。

表1 粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/m3

4 結(jié)論

1）根據(jù)綜掘工作面現(xiàn)場(chǎng)粉塵產(chǎn)生特點(diǎn)，結(jié)合以風(fēng)控塵原則，通過(guò)長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)方式，對(duì)掘進(jìn)工作面粉塵進(jìn)行集中控制，依靠除塵風(fēng)機(jī)對(duì)高濃度粉塵進(jìn)行處理；

2）根據(jù)上述思路設(shè)計(jì)的綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以隨綜掘機(jī)聯(lián)動(dòng)，不會(huì)給綜掘設(shè)備使用、維修等造成影響。