煤礦綜掘工作面追蹤捕塵原理分析及系統(tǒng)工藝研究

杜 兵

（潞安集團(tuán)漳村煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046032）

引言

目前，相關(guān)研究人員對(duì)防治綜掘工作面粉塵進(jìn)行了大量的研究。有的學(xué)者認(rèn)為，可以借助增壓水泵的方式對(duì)綜掘面實(shí)施噴霧，這樣能夠起到防塵的效果。有的學(xué)者通過(guò)分析綜掘工作面生產(chǎn)條件以及相應(yīng)的工藝制定出高效泡沫降塵技術(shù)，與此同時(shí)設(shè)計(jì)出泡沫除塵系統(tǒng)各部件，這樣可以通過(guò)如下方法實(shí)現(xiàn)防塵與降塵的效果，諸如煤體注水、除塵風(fēng)機(jī)以及相應(yīng)的高壓添加劑噴霧降塵等。此外還提出使用風(fēng)幕集塵的綜掘工作面降塵方法，首先通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)模仿真，從而設(shè)計(jì)了相應(yīng)的設(shè)備等。當(dāng)前礦井綜掘工作面往往使用如下方式實(shí)現(xiàn)防塵：通風(fēng)除塵、干式除塵、噴霧除塵、化學(xué)抑塵等。雖在理論與實(shí)踐方面已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，可是在應(yīng)用效果方面并不理想。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是，投入的成本較大，給礦業(yè)公司帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此出現(xiàn)排斥附加除塵裝置的現(xiàn)象。二是，采用機(jī)械防塵一般系統(tǒng)相對(duì)繁瑣，設(shè)備的尺寸較大占用空間，以及安裝相對(duì)繁瑣。三是，吸塵點(diǎn)與產(chǎn)塵位置之間距離相對(duì)較遠(yuǎn)，效果不佳。鑒于此，通過(guò)研究已經(jīng)推行的設(shè)備，提出一種追蹤捕塵理論構(gòu)想，與此同時(shí)研究相應(yīng)的系統(tǒng)工藝，以期能夠?qū)崿F(xiàn)綜掘工作面除塵的目的[1-2]。

1 綜掘工作面產(chǎn)塵規(guī)律及塵源特性

在綜掘開(kāi)展作業(yè)的過(guò)程中，通常情況下，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割頭與煤巖在接觸瞬間，往往在接觸位置出現(xiàn)較大的應(yīng)力，不僅使得煤層破碎，而且可以產(chǎn)生一定量的灰塵。在此狀態(tài)下，往往能夠使得煤粉核形成密實(shí)形式，但是由于截齒的深入，將會(huì)打破此狀態(tài)，形成大量的煤粉，并沿著工作面?zhèn)鞑?。通常粉塵傳播形式主要有如下兩種運(yùn)動(dòng)分為水平運(yùn)動(dòng)、重力沉降。當(dāng)下處于水平狀態(tài)時(shí)，粉塵往往受到一種來(lái)自于氣流的拖拽力，速度往往從零急劇增加到氣流速度，與此同時(shí)顆粒度大小和氣流速度正相關(guān)。當(dāng)處于垂直傳播狀態(tài)時(shí)，粉塵顆粒越大，相應(yīng)的下沉速度越快。

通常，綜掘工作面塵源往往來(lái)源于如下幾種：第一，截割頭與煤壁的工序；第二，截齒破煤導(dǎo)致的煤塊錯(cuò)位；第三，巷道其他地點(diǎn)隨壓風(fēng)進(jìn)入作業(yè)面的粉塵。

塵源特征主要是通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行傳播，當(dāng)處于通風(fēng)的環(huán)境中，通常粉塵往往受到內(nèi)外因子的影響。其中，外部因子主要由如下幾點(diǎn)構(gòu)成：作業(yè)地點(diǎn)溫濕度、風(fēng)速等，濕度與氣流速度越大，那么相應(yīng)的粉塵傳播越快。表1 表示當(dāng)處于20 ℃時(shí)，相應(yīng)的綜掘工作面粒度塵源對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)。

表1 各種不同粒度塵源的大致擴(kuò)散系數(shù)情況表

2 塵源追蹤捕塵原理

經(jīng)過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)，假如能夠?qū)崿F(xiàn)較好地防塵效果，必須在粉塵形成前后以及擴(kuò)散之前，開(kāi)始對(duì)粉塵源進(jìn)行收集以及相應(yīng)的捕獲。

2.1 集塵

對(duì)于綜掘工作面的塵源，必須控制相應(yīng)的擴(kuò)散，效果相對(duì)理想的方法是風(fēng)集塵，通?？梢酝ㄟ^(guò)分風(fēng)裝置調(diào)節(jié)軸、徑向風(fēng)流，這樣能夠?qū)⑹沟霉ぷ鳝h(huán)境中的方向以及供風(fēng)量發(fā)生變化，最終可以使得掘進(jìn)工作面位置的粉塵向綜掘機(jī)司機(jī)前方空間擴(kuò)散，見(jiàn)下頁(yè)圖1。

2.2 捕塵

能夠及時(shí)準(zhǔn)確的捕獲如下三部分產(chǎn)生的粉塵：第一，截割頭；第二，裝載盤(pán)；第三，掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)。其相應(yīng)的工藝流程：在掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾位置設(shè)置除塵風(fēng)機(jī)，與此同時(shí)設(shè)置抽出式骨架風(fēng)筒，并且需要在截割頭、裝載盤(pán)兩翼上方、轉(zhuǎn)載點(diǎn)位置設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)筒，這樣可以在吸塵口位置實(shí)現(xiàn)追蹤塵源的目的。

此捕塵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)為僅僅設(shè)置了除塵的功能，這樣能夠極大地簡(jiǎn)化設(shè)備。能夠減少吸塵點(diǎn)到產(chǎn)塵源之間的長(zhǎng)度，較好地減小了負(fù)壓損失，從而優(yōu)化捕塵能力，見(jiàn)圖2。

圖1 分風(fēng)集塵原理

圖2 追蹤捕塵原理

2.3 除塵

礦用振弦式除塵風(fēng)機(jī)通常必須具備如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：第一，滿(mǎn)足風(fēng)量要求；第二，除塵能力強(qiáng)；第三，重量輕；第四，性能穩(wěn)定；第五，移動(dòng)方便等。此裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)噴霧，而且能夠?qū)崿F(xiàn)振弦捕塵的效果。當(dāng)含塵空氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)之后，經(jīng)過(guò)振弦過(guò)濾板以及對(duì)應(yīng)的供水噴霧系統(tǒng)共同處理之后，粉塵通過(guò)污水口排出，經(jīng)過(guò)處理的空氣進(jìn)入巷道，見(jiàn)圖3。

3 追蹤捕塵系統(tǒng)

追蹤捕塵系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的流程為：首先通過(guò)分風(fēng)裝置實(shí)現(xiàn)如下處理：調(diào)節(jié)軸向、徑向風(fēng)流，實(shí)現(xiàn)集塵。接著，在抽出式骨架分風(fēng)筒吸塵口位置，應(yīng)用振弦式除塵風(fēng)機(jī)凈化空氣。圖4 表示相應(yīng)的捕塵工藝。

假如掘進(jìn)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，上氣電磁閥控制壓入風(fēng)流，這樣可以有效地改變軸向以及對(duì)應(yīng)的徑向。軸向風(fēng)流主要通過(guò)壓入風(fēng)筒出口，接著隨著頂板移動(dòng)到工作面前端，當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)綜掘作業(yè)稀釋瓦斯的條件下，盡可能減少風(fēng)速，這樣能夠保證工作面塵源的風(fēng)流擾動(dòng)，最終能夠達(dá)到追蹤捕塵的效果。徑向風(fēng)流由分風(fēng)裝置徑向出風(fēng)口，并使用合適的出風(fēng)角度，借助抽出式骨架風(fēng)筒吸風(fēng)口負(fù)壓，這樣能夠有效地防止粉塵向掘進(jìn)巷道后方擴(kuò)散，從而能夠幫助捕塵系統(tǒng)收塵。對(duì)于軸向風(fēng)流而言，其最終都需要經(jīng)過(guò)振弦式除塵風(fēng)機(jī)后進(jìn)入掘進(jìn)巷道后方，最終可以將風(fēng)流中包含的粉塵消除。假如掘進(jìn)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，相應(yīng)的塵源追蹤捕塵系統(tǒng)地工作時(shí)間設(shè)定為1 min 后停止，與此同時(shí)關(guān)閉分風(fēng)裝置徑向出風(fēng)口，回歸正常通風(fēng)方式。

圖3 振弦式除塵原理

圖4 追蹤捕塵工藝

4 結(jié)論

1）礦井綜掘過(guò)程中出現(xiàn)的粉塵，其在擴(kuò)散的過(guò)程中主要受到如工作地點(diǎn)溫濕度、風(fēng)速、粉塵密度等因素的影響。最佳的防塵在于粉塵形成后以及相應(yīng)的擴(kuò)散前完成對(duì)其捕獲。

2）追蹤捕塵系統(tǒng)最重要的位置為實(shí)時(shí)追蹤產(chǎn)塵源，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)塵、集塵、捕塵以及相應(yīng)的除塵效果。

3）通過(guò)在潞安集團(tuán)某煤礦現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到了理想的除塵效果，軸向、徑向出風(fēng)口除塵率可以達(dá)到94.8%、97.8%，由此可以看出除塵效果比較理想。這樣不僅可以?xún)?yōu)化煤礦采礦工況環(huán)境，而且能夠保護(hù)礦井下工作人員的生命健康。