淺析井下錨桿鉆車干式除塵系統的設計

楊 杰

（中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

我國煤礦主要為地下礦山的煤礦巷道，錨桿支護是一種安全、經濟的支護方式，是目前巷道支護首選。錨桿支護降低了礦工勞動強度，其支護成本低，強度、剛度高，可應用于深井巷道、軟巖巷道、采空區留巷等各類井下巷道，是煤礦巷道支護技術的發展方向。

礦井采掘機械化程度越高，產生的粉塵量也越大。在錨桿支護施工過程中，一般使用鉆機配套鉆桿、鉆頭進行煤巖鉆進，在鉆孔的過程中，煤及巖石被破碎后產生大量粉塵。

1 煤礦粉塵主要危害

如果工人長期在充滿粉塵的環境中工作，肺內易吸入大量粉塵，患塵肺病的可能性就會大大增加，從而導致全身性疾病。目前，塵肺病是我國頭號職業病，占所有職業病的80%以上。據衛計委的公開報告顯示，塵肺病的死亡率高達22.04%，且發病率年增長幅度高達39%。塵肺病不可逆轉，一旦患病就無法治愈。礦工是塵肺病的多發人群，因此為改善工人的工作環境，降塵問題亟需解決。

煤塵爆炸。大量煤塵懸浮在空氣中，濃度到達上限時，遇到高溫熱源，有可能引起連續性粉塵爆炸，造成人員傷害和財產損失的嚴重后果。降塵為預防粉塵爆炸的主要措施之一。

加速設備磨損。隨著采煤機械自動化，各傳輸系統、液壓系統、電氣系統精密性不斷提高，礦塵對設備的影響更加突出，增加設備維護成本，降低煤礦生產效率。

粉塵降低了工作環境的可見度，容易造成工人誤操作，增加工傷事故的可能性。

2 錨桿機除塵系統設計

2.1 錨桿機施工產塵介紹

錨桿鉆車是實現錨桿支護自動化作業的裝備，其鉆孔作業流程為：掘進鉆孔→攪拌樹脂藥卷→擰緊螺母，煤巖在鉆桿旋轉研磨作用下煤巖變為粉塵。

（1）粉塵濃度要求。粉塵濃度是指單位體積空氣中所含的粉塵總量。煤礦作業場所空氣中粉塵（總粉塵、呼吸性粉塵）濃度應符合《煤礦安全規程》（2016版）中第六百四十條中規定，見表1。

（2）粉塵粒徑。即為粉塵顆粒大小。粉塵顆粒大小不同，其物理性質與化學性質也有較大差別，是除塵器的選擇依據。其中空氣動力學直徑d≤7.07μm的粉塵，稱為呼吸性粉塵。粉塵顆粒越小，其危害性也越大。

表1 呼吸性煤/巖塵接觸濃度管理標準Tab.1 Respiratory coal/rock dust exposure concentration management standard

（3）粉塵分散度。是指物質被粉碎后，大小不同粒度的粉塵所占總粉塵重量或者數量的百分比。粉塵分散度對除塵設計提供主要依據，小顆粒粉塵所占百分比越高，粉塵分散度越高，在空氣中懸浮時間越長，不易降落，而且更易參與理化反應，對人體得危害程度也越大。

（4）粉塵安息角及滑動角。粉塵安息角及滑動角是評價粉塵流動特征的一個重要指標，也是除塵管路傾斜角度設計參考指標之一。粉塵安息角一般為35°～55°，滑動角一般為30°～40°。具有小安息角粉塵其流動性好，相反，安息角大的粉塵流動性差。

2.2 錨桿機干式除塵

（1）錨桿機除塵。一般有濕式除塵和干式除塵兩種方式。濕式除塵：利用水泵將高壓水注入中空鉆桿中，水泥混合物從鉆桿和煤層的縫隙間被擠出，順著鉆桿落在巷道中來降低粉塵污染。該系統布置簡單，成本低廉，但易造成水管堵塞，巷道底部泥濘軟化，造成水資源浪費，與目前環保理念相悖。為改善礦工工作環境，提出錨桿機機載式干式除塵，利用風機負壓將粉塵吸走，含塵氣流經過各級除塵器，不同粒徑粉塵在力學作用下收集處理。

（2）錨桿機干式除塵。根據錨桿機結構所限，采用多級除塵器串聯布置。根據氣流中粉塵的分散度和粉塵粒徑與除塵器的關聯關系，選用對含塵氣流處理速度快，對大顆粒粉塵除塵效率高且體積緊湊的旋風除塵器為第一級除塵設備。為提高對呼吸性粉塵的過濾能力，選用過濾式除塵器作為本系統的最后一級除塵設備。為增加該系統的整體除塵效果，在旋風式除塵器和過濾式除塵器之間增加重力式除塵器。綜上所述，通過對錨桿車產塵機理進行分析，并結合除塵器特點確定本系統的結構流程，見圖1。

（3）除塵動力裝置。除塵動力裝置主要由除塵風機及液壓馬達組成。除塵風機選用負壓軸流羅茨風機，羅茨風機是容積風機的一種，其優點有：①因采用了三葉轉子結構及合理的橢圓形殼體內進出風口處結構，所以氣體脈動性小，風機振動小，產生的噪音低；②葉輪與軸為整體結構，運轉平穩，性能穩定；③風機容積率大，結構緊湊，易于安裝。除塵風機與液壓馬達之間選用聯軸器連接，結構簡單，彈性好，價格低廉，減震性好，可保證其相對剛性運動，并具有過載保護功能。除塵風機頂部安裝補氣濾芯，起到降低風機本身發熱和降低風機運轉時噪音的作用。

圖1 錨桿機干式除塵流程

（4）降低除塵噪音。除塵風機在工作過程中，馬達與風機的轉軸轉速在2500～4000rpm范圍，轉速較高，產生不同頻譜噪聲，對操作工人造成職業健康傷害。故在除塵系統管路尾部增設阻抗式復合除塵器，及可對高強度的寬頻帶噪聲控制，又能進一步提高整體除塵系統的除塵能力。

（5）除塵系統管路。為減少除塵管路中的壓力損失，管路在布置過程中的原則為宜短不宜長，為避免煤塵在管路中堆積，盡量減少彎道。考慮粉塵的安息角及滑動角，除塵管道應傾斜布置；分管與主管連接時，夾角30°～45°。

3 總結

錨桿機主要除塵方法是利用除塵器除塵，干式除塵系統較濕式除塵具有除塵效率高，環保性強等優點，但也存在管路復雜，噪音大等缺點。針對不同工作面，可個性化定制錨桿機除塵系統，將干式除塵與濕式除塵相結合是本項目的另一研究方向。