掘進巷道粉塵控制技術的研究

摘要 針對掘進巷道的特點，研制了一種高效實用的自激式水浴水膜除塵器，并對其結構、除塵過程和與掘進機相配套的方式進行了研究分析。還對掘進巷道中的產(chǎn)塵源進行了調(diào)查和分析，認為掘進巷道的防塵方法：應先采用掘進機頭的內(nèi)外噴霧，然后采用長壓短抽的通風除塵系統(tǒng)和利用除塵器將含塵空氣進行凈化；對轉(zhuǎn)載點除塵采用簡易閉密罩加噴霧；對巷道周壁的粉塵采用噴灑粘塵劑固塵，才能有效地降低整個巷道的粉塵濃度。

關鍵詞 掘進巷道 除塵器 機掘工作面 轉(zhuǎn)載點

1 前言

隨著掘進巷道機械化程度的提高，高效、大功率掘進機、運輸機和局部通風設備的使用，使掘進巷道內(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。掘進巷道內(nèi)主要產(chǎn)塵源有掘進工作面、運輸設備的各轉(zhuǎn)載點和巷道周壁粉塵的二次揚塵等。其中，產(chǎn)塵量最大的是掘進工作面，據(jù)測定掘進機割煤時，粉塵濃度高達（1000-3000）mg/m3；其次是運輸設備的各轉(zhuǎn)載點，粉塵濃度也高達（300-500）mg/m3；如此多的塵源產(chǎn)生的大量粉塵彌散整個工作面和巷道，使掘進巷道內(nèi)粉塵濃度嚴重超限。這些高濃度、高分散度的粉塵嚴重影響礦工的身體健康，威脅著礦井的安全生產(chǎn)。因此，必須采取有效措施，控制掘進巷道內(nèi)各塵源的產(chǎn)塵量，使巷道內(nèi)空氣中的粉塵濃度達到規(guī)定值。為此，筆者將對機掘工作面、轉(zhuǎn)載點和巷道周壁粉塵的控制技術進行探討。

2 機掘工作面除塵

機掘工作面在安全生產(chǎn)中，突出的問題是產(chǎn)塵量大、分散度高，若采用一般的降塵措施（即掘進機內(nèi)外噴霧）是難以解決的。據(jù)國內(nèi)外的研究實踐表明，機掘工作面的粉塵控制技術必須采取綜合降塵措施，即在掘進機內(nèi)外噴霧的基礎上，安裝除塵設備進行吸塵凈化。目前，國內(nèi)外研制的除塵器種類很多，除塵原理多種多樣，但由于礦山井下掘進巷道空間小、設備移動頻繁，故要求所使用的除塵器應具有體積小、重量輕、移動維護方便，且除塵效率高（特別是對呼吸性粉塵）等特點。如果采用一些國內(nèi)外的大型除塵系統(tǒng)和設備很難達到要求，為此，筆者對煤巷機掘工作面的粉塵狀況進行了現(xiàn)場調(diào)查和測定，并作了大量的實驗研究，研制了一種新型高效的自激式水浴水膜除塵器，經(jīng)理論論證和實驗證明，該種除塵器除塵效率達98%以上，對呼吸性粉塵的除塵效率也達90%。下面對其結構、除塵過程以及與掘進機相配套方式作簡要介紹。

2.1 除塵器的結構和除塵原理

除塵器結構如圖1所示，主要有上下導流葉片、脫水器、水箱、軸流式風機、排漿閥和注水孔等組成。其除法過程是含塵氣體由進風口進入除塵器轉(zhuǎn)彎向下的導流葉片沖擊水面，較大的塵粒由于慣性作用落入水箱中，而較小的塵粒隨氣流以較高速度通過上導流葉片間的彎曲通道時，與激起的大量水滴充分碰撞而被捕獲沉降。含塵含水的氣流又在離心力的作用下，在除塵器內(nèi)壁和上下導流葉片上形成一定厚度的水膜，將塵粒捕集下降。再由脫水器除掉氣流中的水滴水霧后，經(jīng)軸流風機（電機外殼需作專門的防水處理）排出到巷道中，其除塵機理主要是氣流中的塵粒與液面和霧化液滴之間產(chǎn)生慣性碰撞、載留、擴散等作用?？傊?，這種除塵器具有水浴、水滴、離心力產(chǎn)生的水膜等三種除塵功能，因而可得到較高的除塵效率。另外，被水滴捕集落入水箱里的粉塵，沉積到水箱底部或隨氣流沖擊不斷攪動，當水箱中濃度達到一定值后，通過排漿閥定期排出，并沖洗水箱，由供水管補充新水。

2.2 通風除塵系統(tǒng)的確定

合理的通風除塵系統(tǒng)，應能有效地控制掘進機產(chǎn)生的粉塵，并把含塵空氣吸入除塵器中加以凈化，以提高除塵效率。為此，采用長壓短抽通風除塵系統(tǒng)（如圖2所示）。這種除塵系統(tǒng)的管理與維護比較簡單，并能有效排除瓦斯的積聚和滯留，實現(xiàn)粉塵的就地凈化。工作面風量由壓入式局部風機供給，通過配風器調(diào)節(jié)風量，保證抽入除塵器的風量大于工作面的實際風量，使工作面風流中高濃度的粉塵全部抽入除塵器進行清除。除塵后的凈化風流由配套風機排到巷道。

壓入式風筒口距機掘工作面的距離的選?。喝绻?，壓入式風筒口距機掘工作面的距離過小，掘進工作面產(chǎn)生的粉塵容易被帶出工作面；若壓入式風筒口距機掘工作面距離過大，則排塵風速過小，不易形成吹吸系統(tǒng)，對收塵不利。根據(jù)生產(chǎn)實踐壓入式風筒口距機掘工作面的距離，宜取L壓<=(4-5)S開平方。

除塵器吸塵口距機掘工作面的距離：若除塵器吸塵口距機掘工作面的距離太小，機掘工作面產(chǎn)生的大量粉塵會被風流帶出，并且把大量較粗粉塵吸入除塵器內(nèi)，增大除塵器內(nèi)水箱污水的清換次數(shù)；假若除塵器吸塵口距機掘工和的距離太大，機掘工作面產(chǎn)生的粉塵也經(jīng)過司機以后，才被吸入除塵器，掘進機司機處的粉塵濃度得不一有效除低，對掘進機司機身體危害極大。因此，一般除塵器吸塵口距機掘工作面的距離選取L壓<=1.5S開平方為宜。

2.3 除塵器的安裝和使用方法

由于井下工作條件的特殊性，要求除塵設備移動安裝拆卸方便，并保證除塵設備與掘進機同步前進，減少工人的勞動強度。本文中采用的除塵器的安裝是針對邢臺礦業(yè)集團東龐煤礦2709工作面（屬低瓦斯礦井）的生產(chǎn)作業(yè)條件，并在不影響掘進工人工作的情況下，經(jīng)過反復考慮而采用的如圖2所示的除塵系統(tǒng)安裝方法。即除塵器和風機安裝在橋式皮帶兩側，在掘進機兩側懸掛吸風筒，吸塵罩安裝在掘進機截割臂上，它們之間分別用鋼性和伸縮風筒連接除塵器與風機，這樣在掘進機和橋式皮帶兩側分別形成兩個獨立的除塵系統(tǒng)，互不干擾，基本上不影響掘進工人工作。由于一臺除塵器的處理風量為（60-70）m3/min，因此，采用兩臺除塵器并聯(lián)使用。每套除塵系統(tǒng)的阻力為1300Pa左右，故選用兩臺JBT-42型防爆軸流通風機，其電機功率為4kW。

在除塵器運行前（或每班開工時），先用軟管把除塵器水箱中含塵污水放入巷道水溝中，再向水箱注入清水，由水位指示器顯示水箱的注水量。除塵設備運行一定時間后（約一天），再放污水和清水各一次，操作比較簡單。除塵設備、掘進機和壓入式局部風機的供電線路要有風電閉鎖裝置。當局部風機一旦因故停止運轉(zhuǎn)或工作面瓦斯超限時，除塵設備和掘進機便能及時斷電，停止運轉(zhuǎn)；只有在壓入式局部風機正常運轉(zhuǎn)和工作面瓦斯?jié)舛炔怀薜臓顟B(tài)下，除塵設備和掘進機的開關才能啟動起來。

3 轉(zhuǎn)載點除塵

在掘進巷道內(nèi)通常安裝多臺運輸設備，各轉(zhuǎn)載點（例如，掘進機到橋式皮帶、從皮帶運輸機到皮帶運輸機或刮板運輸機）在運煤過程中都會產(chǎn)生大量粉塵。這主要原因是各轉(zhuǎn)載點存在一定的落差，煤炭在下落過程受到空氣阻力的作用，使周圍空氣發(fā)生流動，造成煤炭中細小粉塵懸浮起來，飛揚到空氣中。根據(jù)氣體動力學原理，對上述懸浮粉塵進行分析，不難得出以下結果：對這些粉塵若不采取措施，就會長時間地停留在空氣中不沉降，由于掘進巷道中空氣存在一定流速，就會把微細粉塵帶到別的工作地點，致使整個巷道中粉塵濃度增加。目前，控制轉(zhuǎn)載點的粉塵措施主要有降低煤炭的下落高度、噴霧酒水和密閉抽塵。由于井下掘進巷道斷面面積較小，運輸設備拆卸安裝次數(shù)較多，不象運輸大巷或地面皮帶運輸機那樣，各轉(zhuǎn)載點可安裝密閉抽塵除塵器凈化系統(tǒng)。為此，在轉(zhuǎn)載點采用噴霧灑水時，為防止粉塵還未被充分濕潤就被風流帶走，又采用了轉(zhuǎn)載點無風機抽塵的簡易密閉罩凈化系統(tǒng)，如圖3所示。罩內(nèi)設有噴霧器，密閉罩與皮帶接觸處采用橡膠板接觸，以防止粉塵向外溢出，密閉罩結構尺寸，根據(jù)實際需要而定。

4 巷道周壁抑塵

由于掘進巷道周壁聚集大量粉塵，單用灑水濕潤，有效抑塵時間短，很麻煩，效果往往不好，沖洗的方法雖較徹底但耗水量很大。為有效防止沉積于巷道周圍的粉塵再次飛揚，污染風流，采用在巷道周壁噴酒粘塵劑來抑塵。它的基本原理是將沉積煤塵徹底濕潤，并使其失去飛揚性。由于一般水份容易蒸發(fā)，所以在粘塵劑中主要添加了吸水性很強的鹽類溶液，但是在單獨使用這種鹽溶液或水時，往往不能充分濕潤煤塵，因此在粘塵劑中還添加了表面活性劑物質(zhì)。這種粘塵劑主要成分是氯化鈣和氯化鎂等物質(zhì)。

粘塵劑可以持續(xù)濕潤由井下空氣帶來的、不斷沉積于巷幫和底板的煤塵，隨著粘塵量不斷增加，粘塵劑需要不斷吸收空氣中的水份。但當煤塵過量沉積，致使粘塵劑不能再保持流體狀態(tài)時，就會失去濕潤能力，這樣需要重新噴灑粘塵劑。粘塵劑的噴灑方法采用人工噴灑，工藝設備較簡單。

5 結語

由于煤礦井下條件的特殊性，掘進巷道的粉塵危害一直沒有很好解決。上述除塵方法是筆者多年進行理論探討和實驗研究，并在現(xiàn)場進行了工業(yè)性試驗，而取得的成果。對掘進巷道的防塵方法：應先采用掘進機頭的內(nèi)外噴霧，將工作面產(chǎn)生的粗塵迅速沉降下來；然后采用長壓短抽的通風除塵系統(tǒng)，利用自激式水浴水膜除塵器，將含塵空氣進行凈化。對轉(zhuǎn)載點除塵采用簡易閉密罩加噴霧。對巷道周壁的粉塵采用噴灑粘塵劑固塵。通過這些除（降）塵措施，就能有效地降低機掘工作面和整個掘進巷道的粉塵濃度。