綜掘工作面壓抽混合式除塵技術(shù)研究

（山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041206）

1 工程概述

山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司為低瓦斯礦井，開采煤層自燃傾向?yàn)樽匀迹簤m不具有爆炸危險性。礦井北回風(fēng)大巷設(shè)計(jì)長度為1421.4m，巷道為矩形斷面，巷道寬為4.7m，高為2.9m，毛斷面為13.63 m2，噴漿后凈寬4.5m，凈高2.8m，凈斷面為12.6 m2。巷道沿11#煤層頂板布置，采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道施工過程中采用壓入式通風(fēng)方式，風(fēng)筒直徑為600 mm，壓入風(fēng)量為350m3/min，巷道掘進(jìn)過程中粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，對作業(yè)現(xiàn)場工人的身體健康造成了嚴(yán)重的威脅。鑒于此，本文試圖探索一套綜合除塵措施來降低工作面粉塵濃度。

2 粉塵來源與分布

2.1 粉塵來源分析

根據(jù)相關(guān)研究資料[1]，可以將巷道掘進(jìn)過程中的粉塵分為四部分。第一部分主要是掘進(jìn)過程中綜掘機(jī)截割頭破碎和研磨煤巖壁而產(chǎn)生的高濃度粉塵，這也是主要的粉塵來源；第二部分是掘進(jìn)過程中，煤巖壁垮落后的煤巖塊與地面和機(jī)器發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的粉塵濃度；第三部分是通局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒口吹出的風(fēng)量將工作面沉淀的粉塵揚(yáng)起，從而形成的二次粉塵污染；第四部分是煤巖層斷裂、錯位形成裂縫，在掘進(jìn)過程中受到震動影響，從裂縫中涌出的粉塵。

2.2 作業(yè)現(xiàn)場粉塵濃度檢測

為了了解巷道不同地點(diǎn)的粉塵濃度，按照粉塵濃度的檢測方法[2]，并結(jié)合工作面的實(shí)際情況，在巷道回風(fēng)側(cè)人行道上方布置粉塵濃度檢測點(diǎn)，粉塵濃度檢測點(diǎn)見圖1。將得到的粉塵濃度繪制成曲線，見圖2。

圖1 粉塵濃度檢測點(diǎn)布置

圖2 工作面現(xiàn)場粉塵濃度

從圖2可以得知，高濃度粉塵主要集中在綜掘機(jī)司機(jī)前后10 m左右的范圍，其中司機(jī)處的全塵濃度為968 mg/m3，呼吸性粉塵的濃度為772 mg/m3，超出相關(guān)粉塵濃度規(guī)定[3]的百倍以上。壓入式局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒懸掛在巷道右側(cè)，風(fēng)筒出風(fēng)口高速不穩(wěn)定風(fēng)流造成掘進(jìn)工作面迎頭處風(fēng)流紊亂，進(jìn)而形成許多不穩(wěn)定的旋渦。工作面的粉塵受旋渦影響，聚集在回風(fēng)側(cè)，造成回風(fēng)側(cè)的粉塵濃度增高。距離綜掘機(jī)司機(jī)室30 m后，較大粒徑的粉塵在重力作用下逐漸沉落在地面，粉塵濃度快速下降，并最終趨于穩(wěn)定。由此可以看出，原有的通風(fēng)方式不足以降低工作面作業(yè)點(diǎn)的粉塵濃度，因此需要采用新的除塵工藝。

3 壓抽混合式除塵技術(shù)

3.1 壓抽混合式除塵原理

壓抽混合式除塵技術(shù)的工作原理為：在工作面迎頭處的位置布置1個壓入式風(fēng)筒和1個抽出式風(fēng)筒，并且確保壓入式局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒的風(fēng)量大于抽出式局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒的風(fēng)量，形成前抽后壓的通風(fēng)形式。首先，壓入式局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒向工作區(qū)域輸入新鮮風(fēng)流，確保綜掘機(jī)司機(jī)有一個潔凈的工作環(huán)境；其次，安裝在綜掘機(jī)上的抽出式局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒將煤巖壁上剝落的粉塵吸收，之后通過后方的濕式除塵裝置將粉塵過濾，并且將過濾后的干凈風(fēng)流從水箱處排出，進(jìn)行二次利用。濕式除塵裝置布置在輸送機(jī)后方的托車上，可以隨著綜掘機(jī)同步移動，濕式除塵裝置見圖3。上述的壓抽混合式除塵方式需要合理布置2個風(fēng)筒的位置，使壓抽風(fēng)筒之間的區(qū)域在壓吸風(fēng)流的共同作用下形成風(fēng)流通道，該通道既能保證工作面迎頭處的高濃度粉塵不會向工作區(qū)域擴(kuò)散，又能使粉塵隨著回風(fēng)風(fēng)流的運(yùn)移而遠(yuǎn)離工作區(qū)域，提高除塵效率。

圖3 濕式除塵裝置

3.2 壓抽混合式除塵方案確定

根據(jù)上述的壓抽混合式除塵技術(shù)原理，為了得到最佳的除塵效率，結(jié)合掘進(jìn)工作面迎頭處的具體情況，需要合理的確定工作面的風(fēng)量和風(fēng)筒的具體位置。

（1）工作面合理風(fēng)量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，工作面的局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)速應(yīng)當(dāng)在0.25～4 m/s。考慮到稀釋工作面瓦斯和工作面工人所需風(fēng)量，分析計(jì)算得出壓入式風(fēng)筒的風(fēng)量為521.3m3/min，考慮到工作面可能存在一定的風(fēng)量損失，因此將工作面風(fēng)量設(shè)置為530m3/min。根據(jù)王輝、蔣仲安等學(xué)者的研究結(jié)論[4]，壓入式風(fēng)筒風(fēng)量和抽出式風(fēng)筒的風(fēng)量之間的比例會直接影響工作面的除塵效率，濕式除塵裝置的處理風(fēng)量應(yīng)當(dāng)為壓入式風(fēng)筒的75%～80%，抽吸比控制在0.8時效果最好，因此抽出式局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量選定為400m3/min。根據(jù)風(fēng)機(jī)工況曲線，選定壓入式風(fēng)機(jī)型號為FBD6.3/2×30，抽出式風(fēng)機(jī)型號為KCS-408D。

（2）工作面風(fēng)筒距地面位置

根據(jù)尹云波的研究[5]，壓入式風(fēng)筒的吊掛高度為0.7H(H為巷道的高度)、抽出式風(fēng)筒的吊掛高度應(yīng)為0.6H時，壓抽混合式通風(fēng)方式風(fēng)筒布置最為合理。根據(jù)掘進(jìn)工作面的實(shí)際情況，H取2.9m，壓入式風(fēng)筒軸心距離地面2.0m，抽出式風(fēng)筒的軸心距離地面1.7 m。

（3）工作面風(fēng)筒距迎頭的距離

根據(jù)楊帆的研究[6]，壓入式風(fēng)筒出風(fēng)口如果距離工作面迎頭處太近，工作面迎頭處的粉塵容易彌散到綜掘機(jī)司機(jī)處。如果壓入式風(fēng)筒離工作面迎頭處太遠(yuǎn)，容易超出有效射程，不易形成抽壓風(fēng)流，從而達(dá)不到除塵的效果。根據(jù)閆鵬、蔣仲安等[7]的研究結(jié)論，壓入式局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒出風(fēng)口距離工作面迎頭處的有效距離為（3～4），抽出式風(fēng)筒距離工作面迎頭處的距離不應(yīng)超過1.5，其中S為掘進(jìn)巷道斷面。因此，壓入式通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒出風(fēng)口距離工作面迎頭處的距離L1應(yīng)取10～15 m。抽出式風(fēng)筒距離工作面迎頭處的最大值L2取6 m。但是按照現(xiàn)場施工工藝的規(guī)范，在符合風(fēng)速要求下，若壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口距離工作面迎頭處在有效射程范圍內(nèi)，不宜布置太近，因此L1取13 m。抽出式風(fēng)筒的位置應(yīng)當(dāng)盡量靠近工作面迎頭處，這樣能夠和壓入式風(fēng)筒共同作用，進(jìn)而增大抽出式風(fēng)筒的吸塵區(qū)域，同時也能提高回風(fēng)側(cè)的風(fēng)流速度，有利于工作區(qū)域粉塵的快速排出。但是考慮到抽出式風(fēng)筒距離工作面迎頭處過近也會影響綜掘機(jī)的工作效率，因此結(jié)合現(xiàn)場情況綜合考慮后，將L2設(shè)置為5 m。

根據(jù)現(xiàn)場情況，該掘進(jìn)工作面采用長壓短抽的通風(fēng)方式，壓入式風(fēng)筒出風(fēng)口與工作面迎頭的距離為13m，抽出式風(fēng)筒出風(fēng)口與工作面迎頭距離為5m，壓入式風(fēng)筒軸心距離地面2.0m，抽出式風(fēng)筒的軸心距離地面1.7 m。吸風(fēng)罩置于綜掘機(jī)上截割臂后方處，濕式除塵器由輪車承載，與橋式轉(zhuǎn)載機(jī)相連安裝于滑軌上，方案布置見圖4。

圖4 除塵方案布置

4 工程應(yīng)用及效果

基于上述分析，在山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司北回風(fēng)大巷采用壓抽混合式除塵技術(shù)，并在掘進(jìn)工作面進(jìn)行粉塵濃度檢測，得到了粉塵濃度曲線見圖5。

圖5 除塵后的粉塵濃度

根據(jù)圖5可知，在采用除塵方案后，綜掘機(jī)司機(jī)處的全塵濃度為62 mg/m3，呼吸性粉塵濃度為48 mg/m3，工作面司機(jī)處的全塵除塵率達(dá)到了92.6%，呼吸性粉塵除塵率達(dá)到了93.8%，說明壓抽混合式除塵技術(shù)起到了良好的控塵效果。

5 結(jié)語

本章主要針對綜掘工作面粉塵濃度大的問題，設(shè)計(jì)在綜掘工作面采用壓抽混合式除塵方案，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)得出了以下結(jié)論：

1）綜掘機(jī)切割破碎煤巖壁是綜掘工作面產(chǎn)生粉塵的最主要源頭。

2）巷道掘進(jìn)過程中的高濃度粉塵主要集中在距離迎頭10m范圍內(nèi)，其最大的全塵濃度為968 mg/m3，最大的呼塵濃度為772 mg/m3，之后粉塵濃度逐漸減小，并迅速擴(kuò)散至全巷道。采用壓抽混合式除塵方案后，綜掘機(jī)司機(jī)處全塵濃度降為62 mg/m3，呼吸性粉塵濃度降為48 mg/m3。全塵除塵率達(dá)到了92.6%，呼吸性粉塵除塵率達(dá)到了93.8%。