采掘巷道通風除塵系統優化應用

薄 樂

（晉能控股煤業集團地煤大同有限公司，山西 大同 037000）

1 8503 工作面概況

晉能控股煤業集團地煤大同有限公司焦煤礦8503 工作面位于305 盤區，工作面北部為5 號層8501 工作面，西部為柴溝煤礦，南部為實體，東部為盤區巷，上覆為4 號層305 盤區8503 工作面采空區，在層間距3.9～14.5 m 之間由南向北逐漸變薄，平均厚度為9.2 m。

8503 工作面回采煤層為5 號層，工作面煤層4.3～13.9 m，平均厚度在9.2 m 左右；含1～4 層夾石，夾石厚度0.2～0.6 m，煤厚變化較穩定。8503 工作面采用兩巷布置，其中2503 皮帶順槽、5503 軌道順槽和8503 切巷皆沿5 號煤層底板布置。

8503 工作面采用綜合機械化回采工藝，選用MG480/1162-WD 采煤機采煤、ZF10000/22/35 型普通支架進行頂板支護和SGZ800/2×400 型刮板運輸機與順槽內DTL 帶式輸送機聯合運煤。

由于工作面回撤的5 號煤層穩定性差，采煤機落煤后成破碎狀，受順槽風流影響，順槽帶式輸送機在運輸過程中巷道內產生高濃度粉塵，工作面回撤前期通過在順槽內安裝噴霧灑水裝置進行降塵，但是實際降塵效果差。通過粉塵濃度監測發現，順槽內粉塵質量濃度高達149 mg/m3，能見度不足25 m，嚴重威脅著工作面安全高效回采。

2 回采前期順槽降塵裝置及其存在問題分析

2.1 傳統降塵裝置

8503 工作面回采前期在運輸順槽內通過安裝噴霧灑水裝置進行降塵，該裝置主要由高壓噴頭、噴頭支架、高壓膠管、閥門等部分組成，支架長度為4.5 m，采用直徑為25 mm 圓鋼管焊制而成，高壓噴頭安裝在支架上，共計6 個；巷道每隔100 m 安裝一道噴霧裝置，8503 運輸順槽共計安裝10 套噴霧裝置；安裝時噴頭支架安裝在巷道頂板處，高壓膠管通過閥門安裝在巷道內4 寸靜壓水管上；當工作面回采時，人工開啟閥門實現噴霧降塵。

2.2 主要存在的問題

1）自動化水平低：傳統噴霧灑水裝置結構簡單，采用人工開啟方式，不僅自動化水平低，而且勞動作業強度大，不適用于長臂回采工作面。

2）設備安裝數量多：以8503 運輸順槽為例，巷道長度為1049 m，巷道每隔100 m 安裝一套噴霧灑水裝置，共計安裝10 套。巷道內噴霧灑水裝置安裝數量多，成本費用高，而且傳統噴霧灑水裝置高壓噴頭很容易堵塞，裝置故障率高，增加了工作面降塵費用。

3）靜壓水損失量大：傳統噴霧灑水裝置主要采用人工開啟方式，裝置無法根據巷道內粉塵濃度自動降塵。通過現場計算，每套噴霧灑水裝置灑水量為0.8m3/h，噴霧水壓為0.3 MPa，工作面靜壓水損失量為80 m3/h，靜壓水損失量大，降低了靜壓水水壓。

4）降塵效果差：傳統噴霧裝置主要通過靜壓水高壓作用將水源從高壓噴頭霧化成水霧顆粒，實現對揚塵吸附沉降作用，而8503 運輸順槽為進風巷，巷道平均風速為1.8 m/s，霧化的水霧顆粒在高速風流作用下聚集性差，降塵率不足60%，降塵效果差。

5）巷道積水量大：由于巷道內安裝的噴霧灑水裝置數量多，噴霧量大，降塵后的積水流入巷道內，導致巷道內積水量大，對機電設備防爆性能影響大。

3 8503 運輸順槽通風除塵系統優化

為了進一步提高8503 運輸順槽降塵效果，彌補傳統噴霧灑水裝置存在的不足，焦煤礦通風部通過技術研究，決定對8503 運輸噴霧灑水裝置進行優化改進[1-5]。

3.1 優化后的通風除塵系統結構組成

優化的綜合通風除塵系統主要由自動泡沫抑塵裝置和全斷面捕塵裝置兩部分組成。

3.1.1 自動泡沫抑塵裝置結構

1）自動泡沫抑塵裝置主要由粉塵濃度傳感器、泡沫生成器、PLC 控制器、電控液閥、旋轉噴頭、聯鎖開關、高壓膠管等部分組成，如圖1 所示。

圖1 自動泡沫抑塵裝置結構示意圖

2）巷道每隔300 m 安裝一套自動泡沫抑塵裝置，粉塵濃度傳感器安裝在旋轉噴頭前方5.0 m 處，共計3 個，主要用于監測進風流中粉塵濃度，設定粉塵質量濃度報警值為50 mg/m3，傳感器與PLC 控制器通過信號電纜連接。

3）PLC 控制器分別與聯鎖開關連接，聯鎖開關與電控液閥連接，電控液閥采用手動和電控兩種控制模式，電控液閥與巷道內靜壓水、靜壓風管路以及泡沫生產器連接，主要控制風、水管路開啟。

4）泡沫生成器通過分配器與旋轉噴頭連接，泡沫生成器內添加發泡材料，發泡材料主要由表面活性劑、增泡劑、穩泡劑和濕潤劑等成分組成，發泡劑與水混合質量比為1∶300。

3.1.2 全斷面捕塵裝置結構

1）全斷面捕塵裝置寬度為4.5m、高度為3.5m，主要由高壓灑水裝置、旋轉水幕、PLC 控制柜、過濾裝置、聯鎖開關、水泵等部分組成，旋轉水幕主要由捕塵簾、電控轉軸等部分組成，如圖2 所示。

圖2 全斷面捕塵裝置結構示意圖

2）高壓灑水裝置安裝在旋轉水幕頂端，旋轉水幕通過電控轉軸安裝在巷幫上，旋轉水幕上設置人行通道；在旋轉水幕下方施工一個水槽，水槽長度為4.5 m、寬度為1.5 m、深度為0.3 m，在水槽上覆鋪設一款帶有漏孔的鋼板。

3）聯鎖開關分別與水泵、PLC 控制柜、電控轉軸連接，主要控制水泵即電控轉軸開啟，PLC 控制器主要用于數據傳輸、數據分析以及指令發生等。

4）水泵安裝在水槽內，水泵電機功率為5 kW，水泵通過高壓膠管與高壓灑水裝置連接；過濾裝置安裝在捕塵簾下方，主要由過濾海綿組成，可對降塵后煤泥進行有效過濾。

3.2 綜合通風除塵系統工作原理

3.2.1 泡沫抑塵裝置工作原理

1）工作面在回采過程中通過粉塵濃度傳感器實時監測巷道進風風流中粉塵濃度，當監測到粉塵質量濃度達50 mg/m3時，傳感器及時將收集的數據上傳至PLC 控制器內，控制器進行數據分析及處理，并對聯鎖開關下達“開啟”指令。

2）聯鎖開關接收指令后及時對電控液閥供電，供電后電控液閥自動打開并對泡沫生成器輸入內壓風以及供給靜壓水，泡沫生產器內泡沫生產材料在風流及水流作用下產生高濃度泡沫。高濃度泡沫經過分配器從旋轉噴頭噴出，進行降塵處理。

3）當降塵后風流中粉塵質量濃度低于50 mg/m3時，粉塵濃度傳感器再次將收集數據上傳至PLC 控制器內，控制器對數據分析處理后對聯鎖開關下達“關閉”指令，聯鎖開關對電控液閥斷電，泡沫抑塵系統關閉。

3.2.2 全斷面捕塵裝置工作原理

1）正常狀態下通過水泵將水槽內水排至高壓灑水裝置內，通過高壓噴頭形成水霧，水霧在捕塵網上形成連續穩定水簾，從而對風流中粉塵實施捕塵，降塵后水流經過濾裝置后再次流入水槽內實現二次利用。

2）當順槽內需要行車或搬運大型設備時，通過電控旋轉裝置打開旋轉水幕，水幕打開后電控旋轉裝置斷電，PLC 控制柜接收到電控旋轉裝置斷電信號后及時通過聯鎖開關斷開水泵電源，高壓灑水裝置停止噴霧灑水。

3）當旋轉水幕關閉后電控轉軸通電，PLC 控制柜接收通電信號后通過聯鎖開關對水泵供電，噴霧灑水裝置繼續工作。當人員需要通過時，可直接打開水幕上設置的人行通道。

3.3 優化后裝置應用效果

對8503 運輸順槽降塵裝置進行優化后，通過實際應用效果來看，取得了以下顯著應用成效：

1）減少了裝置安裝數量：傳統噴霧灑水裝置每隔100 m 需安裝一套，安裝數量多，成本費用高，維護難度大；而優化后巷道內共計安裝2 套全斷面捕塵裝置以及2 套泡沫抑塵裝置，減少了巷道內噴霧裝置數量。

2）提高了自動化水平：采用傳統噴霧灑水裝置每班需安排2～3 名工人進行人工開啟，勞動作業強度大，工序煩瑣，自動化水平低；而優化后的噴霧灑水裝置自動化水平高，全程無須人工干預，大大降低了降塵勞動作業強度。

3）降塵效果好：傳統噴霧裝置中水霧顆粒受高速風流影響大，降塵效果差，而泡沫抑塵時泡沫顆粒大，可對風塵顆粒實現包裹降塵，在包裹過程中對粉塵顆粒起到潤濕作用；同時全斷面捕塵裝置利用連續穩定的水幕對粉塵起到阻斷作用，降塵效果好，通過實測發現，優化后工作面在后期回采過程中平均粉塵質量濃度降低至45 mg/m3以下，能見度提高至100 m 以上。

4）減少了巷道積水量：采用泡沫抑塵時泡沫顆粒能夠被降解，而采用全斷面捕塵裝置后降塵后的污水能夠被重復利用。與傳統噴霧灑水裝置相比，大大減少了巷道內噴霧污水量，提高了采掘巷道質量標準化水平。

4 結語

通過對8503 工作面運輸順槽除塵裝置進行優化改進，采用一套具有自動化控制的通風除塵系統。通過3 個月實際應用效果來看，優化的通風除塵系統具有自動化水平高、除塵效果好、設備安裝數量少以及降塵勞動作業強度小等優點，大大提高了采掘巷道降塵效果，可滿足采掘工作面高效施工需求，取得顯著應用成效。