煤礦應用除塵系統的對比分析研究

柴志強

（晉能控股煤業集團四臺礦， 山西 大同 037000）

引言

在地下煤礦開采中，產生的礦井粉塵不僅嚴重影響煤礦的安全生產，且對礦工的身體健康有著嚴重危害。特別是在高濃度的煤塵環境中長期作業，礦工吸入大量粉塵會導致肺部纖維化，罹患塵肺病，且肺病發病緩慢、潛伏周期長，病理過程不可逆[1]，因此，控制礦工塵肺病的發生以及避免煤塵事故已經成為煤炭行業的重要大事。所以，需要對礦井綜采工作面進行降塵，降低綜采工作面的粉塵濃度，改善作業面的環境。采煤工作面除塵技術主要通過以下三方面來實現：一是在采煤作業之前，可通過采取合理的開采工藝來降低煤塵產生的可能性，或者采用注水工藝來提高煤的濕潤性[2]；二是在煤開采時，應用特定的防塵技術來控制塵源，防止煤塵的進一步擴散；三是采用相關除塵設備或技術，及時過濾或除掉產生的粉塵[3]。具體的降塵除塵技術有：煤層注水，是在煤炭回采前，預先潤濕煤體的技術，隨著技術的進步，長鉆孔煤層注水已經得到了廣泛應用；采煤機內外噴霧與架間噴霧降塵，是利用水霧對粉塵的潤濕、吸附、凝聚和沉降作用，實現降塵，噴霧降塵技術的關鍵在于噴嘴形成的霧流質量[4]；除塵器除塵技術，是利用可以吸塵的滾筒，降低風流中煤塵的流入，由于除塵器種類較少，根本滿足不了生產需要；空氣幕隔塵技術，是采用條形口中吹出來的條形空氣射流，讓污染源散出來的污染物達到與周圍空氣隔離的效果，進而凈化工作面[5]；個人防護，主要是針對防塵用具的使用，個人防護是防治煤塵的最后一道防線[6]。因此，本文提出采用氣水噴霧除塵系統裝置來降低礦井綜采工作面的粉塵濃度，進而保障煤礦的安全生產。

1 氣水噴霧除塵系統裝置的介紹

礦用采煤機內噴霧和外噴霧系統除塵效果都不是很理想，本文在了解綜采工作面采煤機滾筒受限區間內的粉塵分布的基礎上，設計一種安置在采煤機搖臂上的可調節輔助氣水噴霧除塵系統，主要作用就是抑制滾筒處產塵點的粉塵，同時加大其降塵的效果。其中，對于噴嘴系統，由原先的高壓射流替換為氣水霧化噴頭，是利用壓氣霧化液體原理[7]，以壓縮空氣為驅動介質，驅動振蕩器，并利用形成的高頻聲波將水高度霧化，并通過調節不同配比的氣壓、水壓力，以及依據不同井下不同綜采工作面的各粒徑粉塵分布情形，適時調節水霧粒徑的流量和大小，使噴霧除塵效果更好[8]。

由于采煤機滾筒處、采煤機滾筒前方以及采煤機搖臂與刮板輸送機之間是礦井綜采工作面的主要揚塵點和粉塵高濃度點，本文主要就是針對這三個位置安裝噴霧除塵系統，并通過合理布置噴嘴，抑制采煤機滾筒處的產塵量，減少采煤機滾筒前方的粉塵濃度，隔離刮板輸送機與采煤機搖臂間的粉塵向人行道擴散，達到對這三個位置水霧的整體覆蓋效果[9]。其中，對于采煤機滾筒處，選用兩組（每組兩個）并排設置的噴嘴，使噴嘴產生的水霧能夠覆蓋滾筒；對于采煤機滾筒前方，設計一排兩個噴嘴，可實現對該處的整體覆蓋；對于采煤機搖臂與刮板輸送機間的位置處，在采煤機搖臂內側的1/4 的圓弧上均勻布置4 個噴嘴，達到在采煤機外側與人行道之間形成一道水霧帶，抑制粉塵向人行道的擴散[10]。

2 煤礦應用除塵系統的對比分析

本文以某礦為研究對象，對比研究氣水噴霧除塵系統裝置安裝前后，綜采作業面采煤機順風割煤、逆風割煤情形下粉塵的分布情況，從而驗證該除塵系統裝置的效果。

對順風割煤現場進行檢測，得到除塵系統安裝前后粉塵濃度的分布情況，如下頁圖1、圖2 所示。

從圖1 和圖2 都可看出，使用氣水噴霧除塵系統裝置后，對于順風割煤，沿程人行道和溜槽的粉塵濃度明顯下降。

圖1 沿程順風割煤支架人行道粉塵分布的曲線圖

圖2 沿程順風割煤溜槽粉塵分布的曲線圖

對逆風割煤現場進行檢測，得到除塵系統安裝前后粉塵濃度的分布情況，如下頁圖3、圖4 所示。

圖3 沿程逆風割煤支架人行道粉塵分布的曲線圖

圖4 沿程逆風割煤溜槽粉塵分布的曲線圖

從圖3 和圖4 都可看出，使用氣水噴霧除塵系統裝置后，對于逆風割煤，沿程人行道和溜槽的粉塵濃度也明顯下降。

為進一步深入了解氣水噴霧除塵系統使用后，礦井下各位置的降塵率。本文對順風割煤溜槽及支架人行道，逆風割煤溜槽及人行道4 個區域分別布置16個測試點，得到表1 所示的各測點降塵率。

從表1 可以看出，對于順風割煤，人行道降塵率可達到65%～90%，溜槽降塵率可達到60%～80%；對于逆風割煤，人行道降塵率可達到50%～80%，溜槽降塵率可達到40%～70%。表明，礦井應用該除塵系統能夠大幅抑制綜采工作面的產塵量，可在刮板輸送機和采煤機搖臂間形成水霧帶，維護了礦井綜采工作面人員的工作環境。

此外，從表1 中還可對比看出，應用該除塵系統，還大幅抑制了滾筒位置處的揚塵，位于滾筒前方的粉塵濃度明顯降低，尤其是位于采煤機司機處，在順風割煤時，采煤機司機大概處于7 號測試點的位置；在逆風割煤時，處于8 號測試點的位置，此處粉塵下降更為明顯，能夠很好地保護采煤機司機。

表1 應用除塵系統后各測點的降塵率

3 結論

為降低礦井綜采工作面的粉塵濃度，進而減少粉塵對礦井工作人員的健康危害。本文提出采用氣水噴霧除塵系統裝置，并對比分析該除塵系統安裝前后，綜采作業面采煤機順風割煤、逆風割煤情形下粉塵的分布情況，結論是：

1）使用氣水噴霧除塵系統裝置后，在順風割煤和逆風割煤時，沿程人行道和溜槽的粉塵濃度均明顯降低；

2）應用氣水噴霧除塵系統，抑制采煤機滾筒處的產塵量，減少采煤機滾筒前方的粉塵濃度，隔離刮板輸送機與采煤機搖臂間的粉塵向人行道的擴散，達到對這3 個位置水霧的整體覆蓋效果，維護了礦井綜采工作面人員的工作環境。