掘進機裝載部除塵裝置在掘進工作面的設計與應用

宋作文　王志強　王紅亮　王恩　常愛軍　邱海斌　劉建華

摘 要：為了有效改善掘進工作面的環境條件，煤礦企業應用了多種降塵技術。其中，掘進機內、外噴霧降塵是最常見的降塵方式之一，并在割煤巖作業中取得了一定的降塵效果。但是，這種方式也有不足之處。為了克服當前降塵工作中存在的不足，介紹了一種結構簡單、使用方便、除塵效果好的掘進機裝載部除塵裝置。

關鍵詞：掘進機；裝載部；除塵裝置；煤巖塵

中圖分類號：TD714+.43 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.084

煤礦井下的煤巖塵影響著礦井的安全生產，威脅著礦工的身體健康，是煤礦的五大災害之一。對于多數礦井而言，要使煤巖塵達到煤礦安全規程標準中允許的濃度仍較為困難。有效控制煤巖塵濃度，進而杜絕煤塵爆炸，是煤礦安全生產的一個重要目標，同時在保障礦工的身體健康方面具有重大意義。

目前，大功率掘進機在煤礦井下的運用越來越普遍，掘進機在作業過程中激起的煤巖塵濃度很高，而掘進機的噴霧滅塵裝置安設在切割部和轉載點，只注重掘進機切割部破巖、轉載點煤巖塵的治理，并沒有對落煤生塵、裝載部星輪攪動激起的煤巖塵從源頭上治理。但在實際生產作業過程中，工作面窩頭落煤、掘進機裝載部星輪攪動激起的煤巖塵濃度很高，其中一大部分煤巖塵沿掘進機一運輸送通道向掘進機機尾沖出（此部位對煤巖塵有一定的抽出式效應），形成煙霧狀顆粒漂浮在工作面。

1 掘進工作面粉塵概況

粉塵是指煤塵、巖塵和其他有毒有害氣體。隨著掘進巷道機械化程度的提高和高效、大功率掘進機、運輸機及局部通風設備的使用，掘進巷道內產塵源增多、產塵量增大，巷道內空氣中的粉塵濃度大大增加。掘進巷道內主要產塵源有掘進工作面、運輸設備的各轉載點和巷道周壁粉塵的二次揚塵等。其中，產塵量最大的是掘進工作面。據測定，掘進機割煤時，粉塵濃度高達1 000～3 000 mg/m3，掘進機一運輸送通道出口粉塵濃度高達600～800 mg/m3。其次是運輸設備的各轉載點，粉塵濃度高達300～500 mg/m3。如此多的塵源產生的大量粉塵彌散在整個工作面和巷道，使掘進巷道內粉塵濃度嚴重超標。

2 煤巖塵的危害

煤礦生產中的爆破、掘進機截割煤巖、煤巖裝卸和運輸過程會產生大量的粉塵，人們習慣將這種粉塵稱為“礦塵”。礦塵又分為落塵和浮塵，在某一條件下，落塵可變為浮塵，在不同的風流環境下這兩者可以相互轉化。粉塵的危害性與粉塵的分散度、游離的二氧化硅的含量和粉塵物質組成有關。直徑在5 μm以下的粉塵最易進入人的肺部，引起塵肺病，這種粉塵通常被稱為“呼吸性粉塵”。據資料顯示，2013年共報告職業病26 393例，其中，塵肺病23 152例，煤炭行業的職業病病例較多，為15 078例，占塵肺病總數的65.12%. 據初步測算，目前煤炭行業每年因塵肺病死亡的病例已超過生產安全事故死亡人數的2倍。

3 掘進機轉載部除塵裝置

對于工作面窩頭落煤、掘進機裝載部星輪攪動激起的煤巖塵，需及時進行噴霧降塵處理，杜絕煤巖塵沿掘進機一運輸送通道向掘進機機尾沖出。

3.1 除塵裝置的位置選擇

考慮到噴嘴到塵源的距離，將除塵裝置安裝在掘進機旋轉臺下，即一運輸送通道龍門架上方。除塵裝置的安裝位置如圖1所示。

3.2 除塵裝置的設計要點

除塵裝置的設計要點主要有以下幾個：①要求所設計的除塵裝置結構簡單、使用方便、除塵效果好。②水霧噴頭主要由噴頭主體和噴嘴構成，噴頭主體內部設置有空腔，噴嘴安裝在噴頭主體上，并與空腔相連通；噴頭主體上安裝有進水管，進水管與空腔相連通。③噴頭主體上至少設置3個噴嘴，平等布置，噴嘴采用出水孔徑為0.6 mm的霧化噴嘴，噴嘴與噴頭主體采用細牙螺紋連接，如圖2所示。④供水采用掘進機冷卻水管路，在掘進機冷卻水管路出水管接頭處安裝一個變向接口，用高壓水管連接，出水端安裝一個控制閥（最好安裝在掘進機操作臺處，便于操作），控制閥另一端用高壓水管連接在噴霧裝置主體上。在霧化壓力不足時，可安裝一個霧化壓力泵，保證霧化降塵效果。⑤在割煤作業時，操作人員可利用控制閥對窩頭落煤、掘進機轉載部星輪攪動激起的煤巖塵進行滅塵處理；清理工作面浮煤時，可根據煤質的潮濕情況確定是否需要滅塵。

4 現場試驗及改進后的效果

4.1 現場試驗

通過井下現場對噴霧除塵裝置進行試驗，結果表明降塵效果不理想，主要體現在以下兩方面：①掘進機截割落煤產生的煤巖塵沒有得到有效根治，煤巖塵順著掘進工作面的回風流向外飛揚；②對掘進機一運輸送通道出口的煤巖塵測定，煤巖塵濃度高達400 mg/m3，降塵效率僅為50%.

4.2 原因分析

出現上述現象的原因主要有以下三點：①噴嘴霧化角度大；②噴嘴出水孔徑小；③噴嘴到塵源的距離短。

4.3 改進措施

對于上述現象，可采取以下措施改進：①中間噴嘴不變，將兩邊噴嘴向外傾斜30°，如圖3所示。②噴嘴采用出水孔徑為3 mm的霧化噴嘴。該噴嘴的水壓為490 kPa，耗水量為2.11 L/min，有效射程為1.3 m，作用長度為1.8 m，擴張角為110°，可以做到掘進機割煤作業下部除塵霧化全覆蓋。

4.4 改進后的效果

通過井下現場對除塵裝置進行二次試驗發現，掘進機截割落煤產生的煤巖塵濃度明顯降低（該處煤巖塵儀器無法測定）；對掘進機一運輸送通道出口的煤巖塵測定，降塵效率由50%提高到90%.由此得出，影響除塵效果的因素主要有以下三個：①霧化角度。霧化角度越小，降塵效率越高，霧化角度以不大于50°為宜。②噴嘴到塵源的距離。噴嘴到塵源的距離越小，降塵效

率越高，但如果距離太短，噴霧作用范圍較小，降塵不充分。因此，噴嘴到塵源的距離為1.3～1.4 m比較理想。③噴嘴直徑。噴嘴直徑越大，降塵效率越高。

5 結束語

總體而言，通過在綜掘工作面的使用，可證明該除塵裝置是一種結構簡單，拆裝、維護方便，操作簡單，除塵效果良好的新型裝置，有效地處理了由于綜掘工作面掘進機截割降落煤巖、裝載部星輪攪動激起的煤巖塵，從源頭上治理了粉塵污染，減少了一運輸送通道向掘進機機尾沖出沖進工作面內形成的煙霧狀懸浮顆粒，優化了工作面的作業空間環境，保證了作業人員的身體健康。該除塵裝置對保障礦井的安全、有序生產，減少煤巖塵事故的發生具有極其重要的作用。

參考文獻

[1]俞啟香.礦井災害防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

〔編輯：劉曉芳〕