綜掘工作面長壓短抽通風除塵方法的改進設計

范鵬飛，張海軍，劉喜亮，冉 川，黎 志

(1．陜西匯森涼水井礦業有限責任公司，陜西神木 719319;2．中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

0 引言

綜合機械化掘進工作面粉塵濃度大，是煤礦粉塵防治的重點和難點。目前的主要治理技術有噴霧降塵［1-2］、泡沫除塵［3-5］以及長壓短抽通風除塵［6］等。涼水井煤礦曾采用泡沫除塵及噴霧降塵技術，但由于泡沫除塵成本較高，噴霧降塵用水量大，對現場作業環境影響較大，未能得到推廣應用。經過考察長壓短抽通風除塵技術在其它礦井的應用［7-12］，針對涼水井煤礦綜掘工作面的實際條件，摸索了一套適合與該礦綜掘工作面工藝相配套的通風除塵系統。實踐證明可將掘進工作面的生產性粉塵濃度降低90%以上。

1 綜掘工作面概況

試驗掘進工作面煤層屬堅硬煤層，未進行預注水工藝(含水率4% ～5%)。掘進巷道寬4．8 m，高3．25 m，采用三一重工EBZ-160懸臂式掘進機截割落煤，全斷面一次成巷施工方法。機尾跟隨橋式轉載機長約20 m，供風選用兩臺FBDNo7．1/2×37局部對旋通風機(一用一備，吸風量480～740 m3/min)，實際供風量約為430 m3/min。巷道頂板及兩幫比較平整，成型較好。

根據現場調研，主要塵源點為掘進機滾筒截割產塵、塊煤落塵，風筒出風口的高速風流將煤壁及底板已經沉降的落塵揚起，產生二次揚塵，距離作業面15 m附近，粉塵已經擴散至整個巷道，現場能見度低。正常生產過程中，實測掘進機尾5 m位置的生產性粉塵濃度最高達515 mg/m3，平均441 mg/m3。

2 長壓短抽通風除塵技術

常規長壓短抽通風除塵技術主要是在原通風條件下，通過增加抽塵系統將作業面含塵氣流進行凈化處理，最終達到降低作業面粉塵的目的。該技術對掘進作業面粉塵的降塵效率僅有50% ～70%，降塵效果有限。主要原因是壓風風流相對速度較快，粉塵不能全部被抽塵系統吸入，一部分粉塵經掘進機最終擴散至整個后部巷道。

針對以上情況，在長壓短抽技術的基礎上，增加附壁風筒控塵技術將作業面粉塵控制在掘進機司機前方與迎頭范圍內，再經抽塵系統的吸風作用將迎頭產生的粉塵進行處理，其作用原理如圖1所示。

圖1 長壓短抽通風除塵技術原理圖

從以上分析可知，該技術的關鍵部分有4個方面:①集塵罩;②負壓風筒;③除塵器;④附壁風筒。

3 長壓短抽通風除塵系統設計

3．1 集塵罩設計

集塵罩主要作為整個抽塵系統的吸塵口，應將吸塵口靠近塵源點作為設計的主要原則。根據現場調研，集塵罩應布置于掘進機機面上，為減少對司機作業影響，設計為扁平型，并處于司機位置異側，現場布置情況如圖2所示。

集塵罩設主、側吸塵口，主吸塵口方向面向迎頭，含塵氣流主要從該處吸入。側吸塵口位于集塵罩側面，吸入掘進機側面附近風流，以防止含塵氣流涌入巷道內。

圖2 集塵罩設計布置圖

3．2 負壓風筒設計

抽塵風筒主要包括復合材料風筒、負壓風筒和變接頭風筒。

負壓風筒設計布置于橋式轉載機上，為保證一定的過風斷面，以及在正常掘進過程中不刮蹭錨桿或錨索，經多次改進形成如圖3所示的布置圖。該風筒采用剛性材料制作，斷面呈矩形，有效解決了負壓風筒與現場的配套問題，風筒性能穩定且不影響現場正常的生產，其可靠性和適用性均得到滿足。受掘進機前后移動影響，轉載點位置風筒易磨損，且存在相對位置變化，因此設計采用復合材料軟質風筒，保證抽塵風筒的整體連接，該風筒外具有耐磨損性，提高了其使用壽命。

圖3 抽塵風筒的布置圖

3．3 除塵器的設計

根據工程經驗，除塵器風量一般為供風量的60%～85%左右，按實際供風量430 m3/min計算，則除塵器處理風量范圍為258～365．5 m3/min。

抽塵風筒加工完成后，在實驗室內完成與除塵器連接，通過測試系統阻力約為3 500 Pa，KCS-450D-Ⅱ除塵器型的處理風量為356 m3/min，符合處理風量范圍。對比風機的風量－負壓曲線除塵器屬于正常工作范圍。除塵器脫水段采用高效波紋板脫水，附加降噪設計，使得除塵器運行時噪音小，經實驗室檢測83．6 Db，該除塵器結構如圖4所示。

除塵器安裝在承載車上，承載車與橋式轉載機通過連接裝置實現聯機移動，從而使現場除塵器移動無需其它動力，降低工人勞動強度。

圖4 KCS-450D-Ⅱ型除塵器結構示意圖

3．4 附壁風筒的設計

附壁風筒主要是將作業面粉塵控制在掘進機司機前方與迎頭范圍之間，因此，一方面減少吹向迎頭的軸向風流，另一方面增加徑向風流，讓新鮮風流從巷道內吹向迎頭，從而使工作面粉塵得到控制。因此，設計沿供風風筒的徑向方向開圓形孔，開孔總面積與軸向截面積需相等。應采用軟質材料制作風筒，同時考慮到現場作業循環進尺為4 m，風筒長度應制作為5 m/節，以方便生產接續。

4 應用效果

現場完成長壓短抽通風除塵系統的安裝與調試后，形成的系統見圖5。現場采用CCZ20呼吸性采樣器測試了系統應用前后的粉塵濃度，結果見表1，測試點分別為司機位置，機尾5 m，機尾35 m的總粉塵濃度。圖6為掘進機機尾5 m處濾膜實物圖。

表1 粉塵濃度測試表

圖5 改進型長壓短抽系統圖

圖6 測試掘進機機尾5 m濾膜實物圖

5 結論

(1)改進后的長壓短抽通風除塵系統在該礦綜掘工作面降塵效果明顯，使用方便，運行可靠耐用，附加工作量少，掘進機機尾至后巷能見度增大，視野清晰，總粉塵降塵效率在92．5%以上，掘進機機尾后方粉塵濃度控制在30 mg/m3以內，與未安裝該系統對比，極大地改善了工作面的作業條件。

(2)配套用除塵器噪聲小，除塵效率高，負壓高，除塵器與掘進機的配套方式合理，可隨機聯動，操作簡單。

(3)整套系統循環作業勞動強度低，現場使用方便。