姚橋煤礦綜掘工作面濕式通風除塵系統的研究與應用①

李波 董旗

(上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦，江蘇沛縣 221611)

姚橋煤礦綜掘工作面濕式通風除塵系統的研究與應用①

李波②董旗

(上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦，江蘇沛縣 221611)

本文通過對綜掘工作面濕式通風除塵系統原理的研究，經過綜合論證，利用濕式除塵的原理，根據井下巷道斷面、綜掘機整體結構，經過優化設計，確定了濕式通風除塵系統結構，該系統設計合理、技術先進，實現了除塵器、吸塵裝置和管道等部件能隨掘進機跟機行走，減輕了工人的勞動強度，并在壓入式通風風筒上，使用了帶風門的附壁風筒，提高了收塵效率。在同樣條件下，沒有使用該系統前粉塵最高濃度達到310 mg/m3，使用后最高濃度只有49mg/m3，降塵率達到了84.2%，降塵效果明顯，改善了工人的作業環境，提高了安全保障能力，為促進綜掘機械化的發展發揮了積極作用，產生了較大的經濟效益和社會效益。

掘進;濕式通風除塵;除塵率;附壁風筒;振弦

0 引言

煤礦井下掘進工作面作為綜采工作的前期開拓工作面，它的產塵量在井下總產塵量中所占的比例僅次于綜采工作面，并且井巷的掘進又以期工序多、塵源分散、粉塵分散度高的特點，成為防塵的重點。

綜掘工作面粉塵來源主要來自截割過程，截齒靠近煤壁與煤壁接觸后煤體受到擠壓，截齒深入煤體，煤體進而承受剪切作用，當截齒離開煤壁時，煤體破碎而成粉塵末狀掉落下來形成煤塵。如果降落的煤塵隨著截割滾筒的旋轉而飛揚起來，就使煤塵進入運動的氣流中擴散。另外，工作面通風、截割頭旋轉以及煤下落形成的風流作用也會產生粉塵，這些粉塵呈懸浮狀態并隨著工作面風流擴散，如果不在產塵源時及時滅塵，則會使煤塵充斥整個巷道，這樣在整個掘進工作面上百米巷道中造成很嚴重的煤塵污染。濃度很高的煤塵不但影響了礦工的身體健康，同時還容易引起煤塵爆炸的事故。所以，掘進工作面的防塵一直是井下防塵的重點。從掘進機的產塵機理分析中可以看出，最好的防塵技術措施應針對粉塵的形成處，即在截割煤炭時，減少粉塵的形成，其次是盡可能的把粉塵控制在一定空間內收集降塵。

1 概況

姚橋煤礦位于江蘇省徐州市西北82km蘇魯交界處的微山湖畔，大屯礦區的東北部，沛縣楊屯鎮境內，它東連微山縣，南望沛縣，西北和北部與楊屯、龍固兩鎮相依，井田面積為56.7 km2;地質儲量約5.35億t。其中：陸地部分約占62%，湖下部分約占38%，礦區地貌屬黃淮沖積平原，地勢平坦，年平均氣溫在13.8℃左右;風向以東南風為主，風力一般為3～4級，平均年降水量在811.7mm，且大部分集中在七、八月份。

可采煤層賦存太原群及山西組，該兩組地層厚度均為753 m，可采煤層為7、8、17、18號煤層可采厚度10.25 m，可采系數4.2%，屬優質動力煤，灰份為20%，熱量為6000 K，揮發份為36～39，原煤水份5%～6%，含硫量小于1%礦井所產商品煤為優質混煤，經過洗選的14及至6級精煤，煤質具有低磷、低灰、低硫、發熱量高的特點礦井瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，煤塵爆炸指數為33.67%～46.07%，屬強爆型煤塵，姚橋煤礦煤炭具有自燃發火傾向性，發火期小于3～6個月，歷史上最短自燃發火期為26天，自燃發火危險性被定為一級自燃發火礦井。

隨著煤礦機械化水平的提高，掘進工作面由于工序繁雜，產生粉塵的地點位置多變，粉塵污染問題日趨嚴重，在根據機械化掘進的特點實施了綜掘機內外噴霧、轉載點自動噴霧、凈化水幕等降塵技術后，機械化掘進工作面粉塵濃度得到大幅度降低，但與國家規定的粉塵濃度值還差之甚遠經在姚橋媒礦井下實測顯示，如綜掘工作面在不使用內外噴霧等降塵設施時，司機處的粉塵濃度達到了1400mg/m3以上;在使用了內外噴霧等降塵設施且噴霧效果較好時，司機處粉塵濃度還高達310 mg/m3，而且呼吸性粉塵濃度達150 mg/ m3。無論是全塵濃度還是呼吸性粉塵濃度均嚴重超標，嚴重影響和威脅煤礦正常安全生產和工人的身體健康。為此，根據機械化掘進工作面產塵的地點和特點，結合國內外各種除塵技術的應用情況，設計一套與綜掘機組配套的濕式通風除塵系統，實現高效捕塵，有效降低工作面的粉塵濃度，從而保證安全生產和職工身體健康。

2 系統結構配置與原理

2.1 綜掘機組工作面配套除塵系統結構圖(如圖1所示)

圖1 綜掘機組工作面配套除塵系統圖

2.2 控塵裝置及控塵技術

此裝置采用長壓短抽混合式通風除塵系統，它以壓入式通風為主，在工作面附近以短抽的方式將工作面的含塵空氣吸入除塵器就地凈化處理。長壓短抽通風除塵的優點：通風設備簡單，風筒成本低，管理容易;新鮮風流呈射流狀作用到工作面，作用距離長，容易排出工作面局部瓦斯積聚和滯留的粉塵，通風和除塵系統相互獨立以及在任何情況下不會影響通風系統正常工作，安全性好。長壓短抽通風除塵系統的缺點：巷道內仍有一定程度的粉塵污染，除塵設備移動頻繁。針對長壓短抽通風除塵系統的缺點，在壓入風筒前增加附壁風筒，利用氣流的附壁效應，將原來壓入式風筒供給綜掘工作面的軸向風流改變為沿巷道壁旋轉風流，并以一定的旋轉速度吹向巷道的周壁及整個巷道斷面，不斷向掘進工作面推進。從而來解決巷道中的吸塵盲點，進一步降低巷道內粉塵的污染問題。其次，把吸塵裝置及風道設計安裝在掘進機上與其配套，使其吸塵裝置能隨掘進機工作而能上下移動左右旋轉，吸塵裝置始終都對準截割頭部位，有效控制掘進機截割時粉塵的擴散問題，提高吸捕效果。最后，除塵風機通過安裝在移動小車上放在機尾跑道上，再由連接桿和掘進機機尾橋架聯接成一個整體，隨著掘進機工作時前進、后退、轉彎都能實現同步進行，免去了除塵設備移動頻繁，減少工人的工作量。

在綜掘機組工作面配套除塵系統中，設計了帶風門的附壁風筒，掘進時把風門關閉，使風流從附壁風筒側壁流出，變成旋轉風流向工作面送風見圖2。支護時把風門打開，使風流直接吹向工作面。

圖2 附壁風筒在巷道產生旋轉風流示意圖

吸塵口距掘進工作面迎頭的距離不超過4m若此距離太近，當掘進機截割時，由于機械力的作用將相當部分的粉塵還來不及被吸入吸塵口就被風流帶出工作面，若距掘進工作面迎頭距離太遠，工作面的粉塵經掘進機司機處后才被吸入除塵器，顯然，司機處的粉塵濃度得不到降低。為了減小風速偏小處巷道長度和避免工作面出現循環風，除壓入風量應大于抽出風量外，除塵其排放口與附壁風筒距離一般在5～10 m左右，具體見圖1。

圖3 附壁風筒外形圖

除塵系統除塵器采用高效濕式振弦除塵風機。其工作原理是含塵空氣經風機動力吸入除塵器并通過振弦過濾板時，在來流方向上設置噴霧頭使水霧化噴向振弦過濾板，附有水幕的纖維能使粉塵濕潤增重并滯留，同時由于通過的含塵氣體使纖維在氣流的沖擊下產生振動，強化了水霧霧粒與含塵氣體中粉塵的沖突，提高了對微細粉塵的捕獲率，振動也提高了振弦過濾板自身纖維的自凈能力，由于噴霧頭不斷向振弦過濾板噴霧，經過振弦過濾板的含塵氣體變成含有水霧與濕潤粉塵粒子和粉塵團的混合物，部分塵粒或塵團被捕獲因水幕的加厚或其自重隨水流下降，同時自潔清洗振弦過濾板積塵，其余粉塵及微粒經水幕碰撞變成濕潤的粉塵、塵團進入脫水裝置分離，污水從排污口排出，凈化后的空氣從排風口排出。

除塵器在系統中位置，將除塵風機布置在皮帶機機尾的可移動裝置上，實現了除塵風機可隨轉載機、掘進機移動，具體見圖4。

圖4 除塵風機移動裝置布置圖

3 技術創新點

1)首次研制成功與掘進機配套使用的機掘工作面高效除塵系統裝置，實現了除塵器及吸塵裝置能隨著掘進機工作時移動，免去了重復吊掛風筒，移動風筒等日常工作中的維護。

2)首次在國內使用了帶風門的附壁風筒并在附壁風筒前聯接了導流風筒，實現了掘進和支護兩種工作狀態的供風要求。

3)除塵器采用了旋流技術，可有效的分離污水和空氣。

4)除塵風機的控制，可通過掘進機的電控箱控制。

5)除塵器排污的水量小，排在機尾皮帶機上隨煤一起運出巷道，減少了巷道的污染。

6)除塵器水源與掘進機噴霧水源接通，實現聯動，無需重復移動水源接口的麻煩。

4 井下應用情況

該系統成套設備在姚橋煤礦進行了應用。跟蹤測試了31個工作日，共掘進進尺350m，經過使用前后對比。其中總粉塵濃度除塵率達80%～84%;呼吸性粉塵降塵率達80.6%～86.2%。測定數據如表1所示：

7269溜子道粉塵濃度測定

5 結束語

通過井下現場應用證明，濕式振弦通風除塵系統參數確定合理、技術先進，適用于井下12～18m2斷面煤巷或半煤巖巷掘進時與綜掘機組、掘進壓入式通風配套使用，能夠有效降低掘進過程中的粉塵濃度，明顯改善工作環境，提高煤礦生產的安全性，降低煤礦工人矽肺病的發病率，為促進綜掘機械化的發展發揮了積極作用，產生了較大的經濟效益和社會效益。

［1］盧鑒章.礦井粉塵防治［M］.北京：煤炭工業出版社，1992

［2］趙益芳.礦井防塵理論及技術［M］.北京：煤炭工業出版社，1991

［3］穆智宏.煤礦防塵與粉塵檢測［M］.濟南：黃河出版社，1991

［4］趙書田.煤礦粉塵防治技術［M］.北京：煤炭工業出版社，1987

［5］劉崇友，焦享強.除塵風機標準(MT159－1995).煤炭工業部，1995

Yao Bridge comprehensive excavation face wet coal mine ventilation and dust removal system and its application

LI Bo，DONG Qi

(Shanghai Tatun Energy Inc.coal Yao Bridge，Peixian Jiangsu221611)

Based on the comprehensive excavation face wet ventilation and dust removal system principle study，after a compre hensive feasibility studies，the use of the principle of wet dust，according to the underground tunnel cross－section，the overall structure of integrated excavators，optimized design，ventilation and wet dust removal system to determine the structure，The sys tem design，advanced technology，to achieve a dust collector，vacuum devices and piping and other components can walk with the boring machine with the machine，reducing the labor intensity，and into the ventilation duct in the pressure on the throttle with the use of The mural hairdryer，improved dust collection efficiency.Under the same conditions，do not use the system before the maximum dust concentration 310mg/m3，with the highest concentration only after 49 mg/m3，the rate reached 84.2%dust，dust effect is obvious，to improve the working environment of workers，improved safety ability to promote the development of integrated mechanized excavation has played an active role in creating a greater economic and social benefits.

tunneling;ventilation and wet dust;dust removal rate;with a wall hairdryer;vibrating wire

TD714+.43

A

1672－7169(2011)03－0012－04

2011－04－23

李波(1975－)，男，大學畢業，工程師，上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦通風副總工程師。