掘進(jìn)機(jī)裝載部除塵裝置在掘進(jìn)工作面的設(shè)計與應(yīng)用

宋作文　王志強(qiáng)　王紅亮　王恩　常愛軍　邱海斌　劉建華

摘 要：為了有效改善掘進(jìn)工作面的環(huán)境條件，煤礦企業(yè)應(yīng)用了多種降塵技術(shù)。其中，掘進(jìn)機(jī)內(nèi)、外噴霧降塵是最常見的降塵方式之一，并在割煤巖作業(yè)中取得了一定的降塵效果。但是，這種方式也有不足之處。為了克服當(dāng)前降塵工作中存在的不足，介紹了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、除塵效果好的掘進(jìn)機(jī)裝載部除塵裝置。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；裝載部；除塵裝置；煤巖塵

中圖分類號：TD714+.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.084

煤礦井下的煤巖塵影響著礦井的安全生產(chǎn)，威脅著礦工的身體健康，是煤礦的五大災(zāi)害之一。對于多數(shù)礦井而言，要使煤巖塵達(dá)到煤礦安全規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)中允許的濃度仍較為困難。有效控制煤巖塵濃度，進(jìn)而杜絕煤塵爆炸，是煤礦安全生產(chǎn)的一個重要目標(biāo)，同時在保障礦工的身體健康方面具有重大意義。

目前，大功率掘進(jìn)機(jī)在煤礦井下的運用越來越普遍，掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過程中激起的煤巖塵濃度很高，而掘進(jìn)機(jī)的噴霧滅塵裝置安設(shè)在切割部和轉(zhuǎn)載點，只注重掘進(jìn)機(jī)切割部破巖、轉(zhuǎn)載點煤巖塵的治理，并沒有對落煤生塵、裝載部星輪攪動激起的煤巖塵從源頭上治理。但在實際生產(chǎn)作業(yè)過程中，工作面窩頭落煤、掘進(jìn)機(jī)裝載部星輪攪動激起的煤巖塵濃度很高，其中一大部分煤巖塵沿掘進(jìn)機(jī)一運輸送通道向掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾沖出（此部位對煤巖塵有一定的抽出式效應(yīng)），形成煙霧狀顆粒漂浮在工作面。

1 掘進(jìn)工作面粉塵概況

粉塵是指煤塵、巖塵和其他有毒有害氣體。隨著掘進(jìn)巷道機(jī)械化程度的提高和高效、大功率掘進(jìn)機(jī)、運輸機(jī)及局部通風(fēng)設(shè)備的使用，掘進(jìn)巷道內(nèi)產(chǎn)塵源增多、產(chǎn)塵量增大，巷道內(nèi)空氣中的粉塵濃度大大增加。掘進(jìn)巷道內(nèi)主要產(chǎn)塵源有掘進(jìn)工作面、運輸設(shè)備的各轉(zhuǎn)載點和巷道周壁粉塵的二次揚塵等。其中，產(chǎn)塵量最大的是掘進(jìn)工作面。據(jù)測定，掘進(jìn)機(jī)割煤時，粉塵濃度高達(dá)1 000～3 000 mg/m3，掘進(jìn)機(jī)一運輸送通道出口粉塵濃度高達(dá)600～800 mg/m3。其次是運輸設(shè)備的各轉(zhuǎn)載點，粉塵濃度高達(dá)300～500 mg/m3。如此多的塵源產(chǎn)生的大量粉塵彌散在整個工作面和巷道，使掘進(jìn)巷道內(nèi)粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

2 煤巖塵的危害

煤礦生產(chǎn)中的爆破、掘進(jìn)機(jī)截割煤巖、煤巖裝卸和運輸過程會產(chǎn)生大量的粉塵，人們習(xí)慣將這種粉塵稱為“礦塵”。礦塵又分為落塵和浮塵，在某一條件下，落塵可變?yōu)楦m，在不同的風(fēng)流環(huán)境下這兩者可以相互轉(zhuǎn)化。粉塵的危害性與粉塵的分散度、游離的二氧化硅的含量和粉塵物質(zhì)組成有關(guān)。直徑在5 μm以下的粉塵最易進(jìn)入人的肺部，引起塵肺病，這種粉塵通常被稱為“呼吸性粉塵”。據(jù)資料顯示，2013年共報告職業(yè)病26 393例，其中，塵肺病23 152例，煤炭行業(yè)的職業(yè)病病例較多，為15 078例，占塵肺病總數(shù)的65.12%. 據(jù)初步測算，目前煤炭行業(yè)每年因塵肺病死亡的病例已超過生產(chǎn)安全事故死亡人數(shù)的2倍。

3 掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載部除塵裝置

對于工作面窩頭落煤、掘進(jìn)機(jī)裝載部星輪攪動激起的煤巖塵，需及時進(jìn)行噴霧降塵處理，杜絕煤巖塵沿掘進(jìn)機(jī)一運輸送通道向掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾沖出。

3.1 除塵裝置的位置選擇

考慮到噴嘴到塵源的距離，將除塵裝置安裝在掘進(jìn)機(jī)旋轉(zhuǎn)臺下，即一運輸送通道龍門架上方。除塵裝置的安裝位置如圖1所示。

3.2 除塵裝置的設(shè)計要點

除塵裝置的設(shè)計要點主要有以下幾個：①要求所設(shè)計的除塵裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、除塵效果好。②水霧噴頭主要由噴頭主體和噴嘴構(gòu)成，噴頭主體內(nèi)部設(shè)置有空腔，噴嘴安裝在噴頭主體上，并與空腔相連通；噴頭主體上安裝有進(jìn)水管，進(jìn)水管與空腔相連通。③噴頭主體上至少設(shè)置3個噴嘴，平等布置，噴嘴采用出水孔徑為0.6 mm的霧化噴嘴，噴嘴與噴頭主體采用細(xì)牙螺紋連接，如圖2所示。④供水采用掘進(jìn)機(jī)冷卻水管路，在掘進(jìn)機(jī)冷卻水管路出水管接頭處安裝一個變向接口，用高壓水管連接，出水端安裝一個控制閥（最好安裝在掘進(jìn)機(jī)操作臺處，便于操作），控制閥另一端用高壓水管連接在噴霧裝置主體上。在霧化壓力不足時，可安裝一個霧化壓力泵，保證霧化降塵效果。⑤在割煤作業(yè)時，操作人員可利用控制閥對窩頭落煤、掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載部星輪攪動激起的煤巖塵進(jìn)行滅塵處理；清理工作面浮煤時，可根據(jù)煤質(zhì)的潮濕情況確定是否需要滅塵。

4 現(xiàn)場試驗及改進(jìn)后的效果

4.1 現(xiàn)場試驗

通過井下現(xiàn)場對噴霧除塵裝置進(jìn)行試驗，結(jié)果表明降塵效果不理想，主要體現(xiàn)在以下兩方面：①掘進(jìn)機(jī)截割落煤產(chǎn)生的煤巖塵沒有得到有效根治，煤巖塵順著掘進(jìn)工作面的回風(fēng)流向外飛揚；②對掘進(jìn)機(jī)一運輸送通道出口的煤巖塵測定，煤巖塵濃度高達(dá)400 mg/m3，降塵效率僅為50%.

4.2 原因分析

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因主要有以下三點：①噴嘴霧化角度大；②噴嘴出水孔徑小；③噴嘴到塵源的距離短。

4.3 改進(jìn)措施

對于上述現(xiàn)象，可采取以下措施改進(jìn)：①中間噴嘴不變，將兩邊噴嘴向外傾斜30°，如圖3所示。②噴嘴采用出水孔徑為3 mm的霧化噴嘴。該噴嘴的水壓為490 kPa，耗水量為2.11 L/min，有效射程為1.3 m，作用長度為1.8 m，擴(kuò)張角為110°，可以做到掘進(jìn)機(jī)割煤作業(yè)下部除塵霧化全覆蓋。

4.4 改進(jìn)后的效果

通過井下現(xiàn)場對除塵裝置進(jìn)行二次試驗發(fā)現(xiàn)，掘進(jìn)機(jī)截割落煤產(chǎn)生的煤巖塵濃度明顯降低（該處煤巖塵儀器無法測定）；對掘進(jìn)機(jī)一運輸送通道出口的煤巖塵測定，降塵效率由50%提高到90%.由此得出，影響除塵效果的因素主要有以下三個：①霧化角度。霧化角度越小，降塵效率越高，霧化角度以不大于50°為宜。②噴嘴到塵源的距離。噴嘴到塵源的距離越小，降塵效

率越高，但如果距離太短，噴霧作用范圍較小，降塵不充分。因此，噴嘴到塵源的距離為1.3～1.4 m比較理想。③噴嘴直徑。噴嘴直徑越大，降塵效率越高。

5 結(jié)束語

總體而言，通過在綜掘工作面的使用，可證明該除塵裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單，拆裝、維護(hù)方便，操作簡單，除塵效果良好的新型裝置，有效地處理了由于綜掘工作面掘進(jìn)機(jī)截割降落煤巖、裝載部星輪攪動激起的煤巖塵，從源頭上治理了粉塵污染，減少了一運輸送通道向掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾沖出沖進(jìn)工作面內(nèi)形成的煙霧狀懸浮顆粒，優(yōu)化了工作面的作業(yè)空間環(huán)境，保證了作業(yè)人員的身體健康。該除塵裝置對保障礦井的安全、有序生產(chǎn)，減少煤巖塵事故的發(fā)生具有極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]俞啟香.礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

〔編輯：劉曉芳〕