掘錨機綜掘工作面干式通風除塵系統的研發與應用

白立文

（陽煤集團二礦調度室機掘三隊， 山西 陽泉 045000）

引言

煤礦的掘進工作面是粉塵污染最嚴重的工作面之一，因為根據設計要求，綜掘巷道的高度是不可改變的，所以在遇到復雜的地質條件時，會截割到巖石，掘進機截割巖石時會產生顆粒更小且含有二氧化硅的粉塵。相較于煤塵這種含有二氧化硅的粉塵對人體與設備的損害更大，對綜掘工作面的粉塵進行治理尤為重要[1]。為治理綜掘工作面的粉塵，某礦在原有的通風系統的基礎上進行優化，研制了一種干式通風除塵系統。該系統通過“長壓短抽”的通風方式有效地改善了綜掘工作面的工作環境。

1 干式通風除塵系統

干式通風除塵系統采用的是負壓集塵的原理，由除塵器、軸流式防爆風機和吸塵管道等組成。如圖1所示，為本系統在綜掘工作面的安裝示意圖。將負壓風筒作為吸塵管道，并且將風筒的入口盡可能地靠近產塵源，以獲得最佳的除塵效果；將除塵器的主體安裝在掘進機后方順槽皮帶的支架上，隨著皮帶架的跟機移動而自動移動減少工人的工作量。

圖1 綜掘工作面干式除塵系統的安裝示意圖

1.1 除塵器的構造

除塵器包括箱體、檢查窗口、過濾系統、清灰系統和排灰系統組成。如圖2所示，為除塵器的結構示意圖。除塵器是一種新研制的低能耗、高效率、零耗水的除塵設備。由于采用的是模塊化結構，可以根據不同煤礦的環境和要求進行組合，并且采用的是自鎖風排灰的設計無需人工操作。過濾系統的濾板是經過阻燃、防水、抗靜電處理的高密度濾網，在實際生產使用中，濾網上會迅速集聚大量的粉塵，經過特殊處理的濾網有利于灰塵的清理以適應井下潮濕的工作環境。

圖2 綜掘工作面干式除塵系統的安裝示意圖

1.2 干式通風除塵系統的工作原理

軸流式防爆風機在吸塵管道內制造一個負壓中心，吸塵口附近的粉塵在氣流的攜帶作用下進入吸塵管道。含塵氣流在經過濾板時，濾板會將粉塵攔截下來，而經過處理的潔凈空氣從除塵器箱體的上部出風口排出。濾板上堆積的粉塵達到一定量后會導致空氣阻力增大，傳感器監測空氣阻力增大到一定值后就會開啟脈沖閥，具有高動量的壓縮空氣通過噴吹管射向濾板，高速的空氣在碰到濾板后又會在濾板的縱向上產生一股沖擊波并向周圍擴散，使集聚在濾板上的粉塵脫離濾板，并在重力的作用下沉降，下落的粉塵被清灰系統收集。濾板上的濾網采用褶皺式結構，這種結構可以是濾板的有效過濾面積增大為直板式的3～4倍，能有效提高吸附粉塵的效率，敞開式的進風設計避免了因箱體內風流紊亂而造成濾板上風流壓力不均勻以及粉塵沉降困難的問題，同時濾網是按同性材料隔斷或異性材料接觸的原則進行設置的，以避免部件因摩擦產生火花和靜電[2]。

2 掘錨機綜掘面粉塵治理

2.1 掘錨機掘進技術簡介

在掘錨機進行正常的掘進作業時，梭車將截割下的煤運輸至破碎轉載機進行破碎，破碎完成后轉運到順槽皮帶上，煤經過多部順槽皮帶的運輸到煤倉[3]。同時工人操控掘錨機進行巷道頂板和邊邦的錨桿打眼以及安裝作業。

2.2 掘錨機綜掘工作面的通風優化

改進前通風狀況：掘錨機綜掘工作面為局部巷道，采用梭車運輸掘錨機截割產生的煤。工作面僅由一部壓入式通風機進行供風。壓入式的局部通風方式會將綜掘面截割時產生的粉塵吹散，使粉塵的污染區域擴大，威脅整個巷道中的人員健康，并且使巷道中的可見度降低，不利于安全生產。

改進后的通風狀況：為治理綜掘工作面的粉塵，改善作業環境，在掘進工作面采用壓入式通風機與抽出式除塵風機結合的“長壓短抽”式通風。這種通風方式利用壓入式通風機向工作面輸送新鮮風流并將迎頭產生的粉塵吹散使之向后部擴散，然后除塵器在抽出式通風機產生的負壓下將粉塵吸入，將吸入空氣中的粉塵過濾后排出潔凈空氣，以清除綜掘工作面的粉塵[4]。如圖3所示，為掘錨機綜掘工作面“長壓短抽”干式除塵系統原理圖。

圖3 掘錨機綜掘工作面“長壓短抽”干式除塵系統原理圖

2.2.1 壓入式通風機的安設

采用兩臺FBDYNo6.3/2×30kW的防爆型壓入式對旋軸流局部通風機（一臺正常使用，一臺備用），風機的吸風口設置在離回風口大于10 m的進風側以保證工作面新鮮風流的供應。選用Φ1m的柔性阻燃膠質風筒并采用雙反邊連接，將風筒懸掛在頂板上，保證緊貼邊邦。在保證工作面的通風要求的前提下，為取得最佳的除塵效果將壓入式風筒的出風口設置在距離工作面迎頭20 m處。如表1所示，為FBDYNo6.3/2×30kW型局部通風機的技術參數。

表1 FBDYNo6.3/2×30kW型局部通風機的技術參數表

2.2.2 抽出式通風機的安設

采用KCG-400D干式除塵風機作為抽出式通風機，將除塵風機安裝在皮帶輸送機的剛性支架上，為取得最佳的除塵效果，保證除塵風機與綜掘面迎頭的距離在80 m之內。選用Φ0.7 m的可伸縮螺旋鋼圈風筒，風筒通過吊掛軌道懸掛在頂板，風筒與掘錨機機身上原有的風道連通。為擴大吸塵的范圍，在掘錨機上安設增設有風筒并聯裝置，該裝置將兩個Φ0.3 m的風筒與掘錨機的風道并聯，小風筒的進風口設置在掘錨機兩側的錨桿機附近。如此設置可以將錨桿打眼以及安裝作業時產生的粉塵也進行控制。并且在掘錨機前部的支撐大架處安裝有擋風簾，擋風簾可將掘進過程中產生大粉塵大部分鎖定在掘錨機的前方，有助于增強除塵風機的吸塵效果。如表2所示，為KCG-400D干式除塵風機的技術參數。

表2 KCG-400D干式除塵風機的技術參數

2.2.3 干式通風除塵系統注意事項

1）綜掘工作面的干式通風除塵系統在通過對壓入風筒的出風口與抽出風筒的進風口距離迎頭的距離和風量的抽壓比來調節除塵效果時，應保證巷道內風筒的安設、風量與風速符合煤礦安全規程；

2）保證風筒懸掛平直且無缺口，及時調節風筒距迎頭的距離，以達到最佳的除塵效果；

3）定期對除塵設備進行檢修，尤其是清灰系統的脈沖清灰效果、排灰系統的密封情況、除塵風機的運行阻力等，及時排除故障。

3 工業試驗

將某礦的壓入式局部通風方式改進為干式通風除塵系統。經過現場調試除塵風機的吸風口距離迎頭不得大于5 m，同時，為避免循環風的出現，壓入式風筒的吸風口與抽出式風筒的進風口之間的距離不得小于25 m，如此設置可以取得最佳的除塵效果。通過分析表3可以看出，經過改進后的綜掘工作面粉塵濃度大幅降低，除塵效率超過97%，除塵效果良好。

表3 綜掘工作面采用干式通風除塵系統前后粉塵濃度對比表

4 結語

經過將傳統的壓入式通風方式進行改進，研制而成的干式通風除塵系統包括除塵器、軸流式防爆風機和吸塵管道等。經過工業試驗，該系統的除塵效率超過97%。干式通風除塵系統可以有效地控制綜掘工作面的粉塵濃度，改善工人的作業環境，有利于礦井的安全生產。