綜掘工作面粉塵綜合治理技術(shù)研究

劉 飛

（霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100）

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)某礦礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為400 萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力為750 萬(wàn)t/a，煤礦的開(kāi)采方式為綜合機(jī)械化開(kāi)采。礦井綜采工作面掘進(jìn)距離大都在3 000 m～5 500 m，大都采用半煤巖、煤巷掘進(jìn)的形式，具有井下掘進(jìn)作業(yè)點(diǎn)多，產(chǎn)塵環(huán)節(jié)多等特點(diǎn)。為了提生礦井粉塵防治工作的質(zhì)量，本文經(jīng)過(guò)分析研究，提出一種適用于該礦實(shí)際情況的綜掘工作面粉塵治理技術(shù)，使得礦井掘進(jìn)工作面粉塵濃度顯著下降。

2 綜掘工作面綜合防塵治理成套技術(shù)

2.1 掘進(jìn)工作面除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵

該礦當(dāng)前采用的降塵方式為通風(fēng)排塵、內(nèi)外噴霧以及掘進(jìn)機(jī)裝配高壓噴霧等聯(lián)合降塵的方式，降塵效果不明顯，經(jīng)濟(jì)成本較高。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，提出一種在掘進(jìn)工作面迎頭端使用除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵的方式?！伴L(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。

圖1 “長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵系統(tǒng)示意圖

1）設(shè)備。除塵風(fēng)機(jī)選用濕式除塵風(fēng)機(jī)和干式除塵風(fēng)機(jī)相結(jié)合的形式，型號(hào)分別為KCS500Z 智能型以及KCC-500D 礦用型。

2）布置。掘進(jìn)工作面迎頭端布置除塵風(fēng)機(jī)+負(fù)壓風(fēng)筒以及工作面壓入式風(fēng)筒相結(jié)合的“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵的形式。

3）實(shí)施。把除塵風(fēng)機(jī)放置在迎端40 m～80 m 間的巷道皮帶導(dǎo)軌架上部，利用滑軌實(shí)現(xiàn)負(fù)壓除塵風(fēng)筒的懸掛，利用自除塵風(fēng)機(jī)處實(shí)現(xiàn)負(fù)壓除塵風(fēng)筒沿巷道的向前延申，確保吸風(fēng)口和工作面迎頭端的距離保持在3 m～5 m，實(shí)現(xiàn)“源頭吸塵”的目標(biāo)。掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)配套的對(duì)旋局扇功率應(yīng)當(dāng)超過(guò)2×45 kW，確保掘進(jìn)迎頭處的供風(fēng)量超過(guò)除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，避免除塵風(fēng)機(jī)出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象，使得重疊段風(fēng)速達(dá)到相關(guān)要求，壓入式風(fēng)簡(jiǎn)出口和掘進(jìn)迎頭端的距離在20 m～30 m。

4）控風(fēng)技術(shù)。在壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口處布置旋流器，保證風(fēng)筒出風(fēng)口的風(fēng)流能夠垂直于巷道走向進(jìn)而反射至工作面，確保迎頭端20 m～30 m 區(qū)域內(nèi)能夠產(chǎn)生空氣幕，粉塵能夠被空氣幕限制在該區(qū)域內(nèi)，避免了粉塵的大量擴(kuò)散，通過(guò)除塵器將該區(qū)域的粉塵吸附并凈化，最后沿管道排出至后巷。

2.2 綜掘機(jī)外噴霧降塵系統(tǒng)的優(yōu)化改造

通常情況下在綜掘機(jī)上安裝的4 個(gè)外噴霧組噴射方向固定，噴霧射程較短且霧化作用較差，并且在截割和裝炸渣過(guò)程中很難做到噴霧水幕的區(qū)域覆蓋。為了解決上述問(wèn)題，把綜掘機(jī)上部的兩個(gè)噴霧組變換為半圓形雙層噴霧組，根據(jù)實(shí)際需求將噴頭更換為負(fù)壓誘導(dǎo)降塵噴頭，使得噴霧的方向能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，此外將噴頭的位置適當(dāng)上調(diào)5°～10°，增加了噴霧的覆蓋區(qū)域以及水幕的形成范圍，通過(guò)角度調(diào)節(jié)和噴頭位置調(diào)整的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜掘機(jī)切割部區(qū)域的全面覆蓋，從源頭處實(shí)現(xiàn)了對(duì)切割粉塵的攔截以及捕降，降低了粉塵進(jìn)入巷道的概率，提升了粉塵的控制效果[1]。

將綜掘機(jī)現(xiàn)有的供水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，加設(shè)YB S90/150-85 型綜掘機(jī)外噴霧增壓泵，通過(guò)加壓的方式解決掘進(jìn)靜壓供水管水壓不足的問(wèn)題。該型號(hào)外噴霧增壓泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用效果好、便于維修更換以及液壓驅(qū)動(dòng)確保供水壓力的特點(diǎn)，供水壓力最大可達(dá)16 MPa，顯著提升了綜掘機(jī)外部噴霧的物化除塵效果。

通過(guò)除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵方案、綜掘機(jī)配套設(shè)備的改造和增壓泵加壓相結(jié)合的方式，顯著提升了綜掘工作面的除塵效果。

2.3 綜掘機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)及后配套皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)封閉噴霧除塵技術(shù)

綜掘機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)及后配套皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)的落差通常為0.5 m～1.0 m，運(yùn)輸過(guò)程中煤炭從轉(zhuǎn)載點(diǎn)拋出會(huì)和下運(yùn)皮帶相撞進(jìn)而產(chǎn)生大量粉塵，導(dǎo)致整個(gè)巷道的粉塵量顯著增加?，F(xiàn)有的將臣方式為在碰撞處加設(shè)噴霧，除塵效果一般。在此基礎(chǔ)上在運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)機(jī)尾處設(shè)置了防塵罩進(jìn)行保護(hù)。防塵罩組成通常包括2 處～3 處可調(diào)節(jié)噴頭方向的噴霧、10 cm～15 cm 的外延以及能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行尺寸調(diào)節(jié)的皮帶條，確保運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵能夠和巷道風(fēng)流隔離開(kāi)來(lái)，達(dá)到了“塵源封閉除塵”的要求，顯著提升了運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)的除塵效果。通過(guò)“振動(dòng)感應(yīng)傳感器+自動(dòng)噴霧裝置+電磁閥”綜合控制的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防塵罩內(nèi)設(shè)噴霧的自動(dòng)供水，保證了噴霧的工作能夠和運(yùn)輸皮帶的工作保持一致，無(wú)需人工操作即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降塵，提升了降塵效率。

2.4 自動(dòng)紗網(wǎng)門(mén)捕塵技術(shù)

在掘進(jìn)工作面迎頭端200 m 內(nèi)，加設(shè)兩道全斷面?zhèn)乳_(kāi)推拉式捕塵紗網(wǎng)門(mén)以及水幕。相鄰紗網(wǎng)門(mén)間的距離在20 m～30 m，全斷面單管凈化水幕放置在紗網(wǎng)門(mén)迎風(fēng)側(cè)20 mm～500 mm，確保了水霧能夠噴射在紗網(wǎng)之上，紗網(wǎng)濕潤(rùn)后能夠?qū)崿F(xiàn)捕捉迎頭端粉塵的目的，提升了降塵效果。紗網(wǎng)隨掘進(jìn)工作面的移動(dòng)而移動(dòng)，每推進(jìn)100 m 移動(dòng)1 次，二者間的距離不易過(guò)遠(yuǎn)，通過(guò)該方式能夠提升約20%的降塵效果。

單管凈化水幕的供水系統(tǒng)采用“DFB7/20 礦用隔爆型電動(dòng)球閥+自動(dòng)噴霧裝置+紅外線(xiàn)感應(yīng)傳感器”聯(lián)合控制的方式進(jìn)行供水，采用“自動(dòng)噴霧控制器+3R/4R 系列多路換向氣閥”聯(lián)合控制的方式，通過(guò)紅外線(xiàn)感應(yīng)傳感器進(jìn)行距離的控制，無(wú)須人員操作即可實(shí)現(xiàn)紗網(wǎng)門(mén)的自動(dòng)控制。

正常工作過(guò)程中，自動(dòng)噴霧系統(tǒng)始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，紗網(wǎng)門(mén)控制系統(tǒng)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，自動(dòng)噴霧系統(tǒng)的供水裝置和連接啟動(dòng)推桿的供風(fēng)為始終處于開(kāi)啟狀態(tài)。一旦無(wú)軌膠輪車(chē)或行人距離紗網(wǎng)門(mén)過(guò)近，紅外線(xiàn)感應(yīng)傳感器檢測(cè)到后發(fā)出指令，系統(tǒng)收到指令后自動(dòng)關(guān)閉供水裝置、噴霧不在工作，同時(shí)紗網(wǎng)門(mén)收到指令開(kāi)啟，整個(gè)噴霧系統(tǒng)停止工作，等待行人或車(chē)輛的通過(guò)，通過(guò)后紅外線(xiàn)感應(yīng)傳感器發(fā)出指令使得噴霧系統(tǒng)恢復(fù)正常，紗網(wǎng)門(mén)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，系統(tǒng)的延遲控制時(shí)間可在0 s～120 s 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，確保車(chē)輛完全通過(guò)后再開(kāi)啟噴霧，避免噴霧開(kāi)啟過(guò)早導(dǎo)致司機(jī)的視線(xiàn)受到噴霧的阻擋，所有紗網(wǎng)門(mén)都按照該方式進(jìn)行自動(dòng)控制。

2.5 裝備PS51-J 型濕式除塵噴漿機(jī)

該型號(hào)除塵噴漿機(jī)組成部分包括上下溢氣、轉(zhuǎn)子摩擦板漏氣收集及導(dǎo)出裝置，避免了粉塵的泄露。積灰容器為抽屜式，便于進(jìn)行能夠設(shè)備清理，通過(guò)多層環(huán)狀加水噴頭系統(tǒng)保證了粉塵的混合均勻，顯著降低了設(shè)備工作過(guò)程的產(chǎn)塵量。此外，通過(guò)架設(shè)凈化水幕的方式降低噴漿作業(yè)的產(chǎn)塵，噴漿作業(yè)點(diǎn)20 m～80 m區(qū)域內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)數(shù)量的凈化水幕架設(shè)，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于移動(dòng)，適用性較好。此外通過(guò)在噴漿點(diǎn)后安裝活動(dòng)式捕塵網(wǎng)的方式，能夠?qū)姖{產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行有效的捕捉。通常情況下，噴漿作業(yè)點(diǎn)位于掘進(jìn)巷道迎頭端200 m 區(qū)域內(nèi)，因此通過(guò)捕塵網(wǎng)能夠同時(shí)對(duì)掘進(jìn)和噴漿過(guò)程中的粉塵進(jìn)行捕捉[2]。

2.6 巷道風(fēng)流凈化技術(shù)

為了提升掘進(jìn)后巷的除塵效果，通過(guò)“全斷面風(fēng)流凈化水幕跨皮帶防水罩+皮帶底噴霧+自動(dòng)噴霧裝置”的方式，在掘進(jìn)巷道回風(fēng)口20 m 范圍內(nèi)布置風(fēng)流凈化除塵設(shè)施。裝置整體通過(guò)紅外線(xiàn)人體感應(yīng)傳感器達(dá)到自動(dòng)控制的目標(biāo)，車(chē)輛或行人靠近防塵系統(tǒng)時(shí)，傳感器感應(yīng)并發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流凈化水幕以及皮帶底噴霧的自動(dòng)控制，提升了掘進(jìn)后巷的除塵效果。

綜合分析當(dāng)前巷道風(fēng)流中粉塵濃度的大小以及皮帶啟停期間振動(dòng)揚(yáng)塵的情況，不論是單管水幕亦或是防塵水幕墻，均能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)流凈化水幕的效果，通過(guò)加設(shè)閥門(mén)的方式，實(shí)現(xiàn)皮帶底噴霧的自動(dòng)控制，避免噴霧連續(xù)工作造成水資源的浪費(fèi)，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，提升了除塵效果，使用該方式將除塵效果提升了約10%。

通過(guò)“風(fēng)流凈化水幕+跨皮帶防水罩+皮帶底噴霧+自動(dòng)噴霧裝置”聯(lián)合控制的方式，實(shí)現(xiàn)了巷道風(fēng)流的凈化，相鄰裝置間的距離為500 m，確保了巷道粉塵和風(fēng)流造成的二次揚(yáng)塵的控制，顯著降低了巷道的粉塵濃度。

2.7 噴霧裝備自動(dòng)化控制技術(shù)

在距離巷道距防塵噴霧設(shè)施10 m～20 m 布置紅外線(xiàn)感應(yīng)傳感器，通過(guò)傳感器的監(jiān)測(cè)以及信號(hào)發(fā)出實(shí)現(xiàn)對(duì)采掘工作面以及皮帶運(yùn)輸線(xiàn)的自動(dòng)控制。如果遇到部分運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn)供電的情況，則使用撞桿式機(jī)械控制閥門(mén)確保對(duì)轉(zhuǎn)載噴霧的自動(dòng)控制。東灘煤礦井下巷道長(zhǎng)度約為150 km，礦井內(nèi)部的皮帶總數(shù)超過(guò)60 條，如果能夠通過(guò)自動(dòng)噴霧控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)控制，能夠降低相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，避免控制滯后的問(wèn)題，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本避免了資源浪費(fèi)。當(dāng)前礦井的工作重點(diǎn)在如何將進(jìn)回風(fēng)順槽所有防塵設(shè)施的開(kāi)停信息輸入相同的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)1 個(gè)信號(hào)自動(dòng)控制所有主機(jī)，提升整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。自動(dòng)控制技術(shù)的推廣能夠確保防塵生產(chǎn)的一致性、降低經(jīng)濟(jì)成本、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及提升系統(tǒng)智能化程度。

3 成效分析

該礦積極研究和創(chuàng)新發(fā)展礦井綜合防塵技術(shù)，顯著提升了礦井粉塵的治理成效。原先綜掘工作面迎頭端切割粉塵質(zhì)量濃度為187.62 mg/m3，使用該方案后降低到47.79 mg/m3，除塵效果提升了69.30%；原先綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶后粉塵質(zhì)量濃度為23.71 mg/m3，使用該方案后降低到22.7 mg/m3，降塵率提升了89.38%；原先掘進(jìn)皮帶運(yùn)輸線(xiàn)粉塵質(zhì)量濃度為2.29mg/m3，使用該方案后降低到1.39 mg/m3，除塵率提升了42.25%。礦井各綜掘工作面使用該除塵技術(shù)以及管理標(biāo)準(zhǔn)后，除綜掘工作面掘進(jìn)切割作業(yè)期間綜掘機(jī)司機(jī)位置和噴漿作業(yè)期間噴漿機(jī)回風(fēng)側(cè)10 m 范圍內(nèi)的粉塵濃度有時(shí)會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，其余各處粉塵濃度均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。