煤礦綜掘工作面追蹤捕塵原理分析及系統工藝研究

杜 兵

（潞安集團漳村煤礦， 山西 長治 046032）

引言

目前，相關研究人員對防治綜掘工作面粉塵進行了大量的研究。有的學者認為，可以借助增壓水泵的方式對綜掘面實施噴霧，這樣能夠起到防塵的效果。有的學者通過分析綜掘工作面生產條件以及相應的工藝制定出高效泡沫降塵技術，與此同時設計出泡沫除塵系統各部件，這樣可以通過如下方法實現防塵與降塵的效果，諸如煤體注水、除塵風機以及相應的高壓添加劑噴霧降塵等。此外還提出使用風幕集塵的綜掘工作面降塵方法，首先通過相應的實驗與數模仿真，從而設計了相應的設備等。當前礦井綜掘工作面往往使用如下方式實現防塵：通風除塵、干式除塵、噴霧除塵、化學抑塵等。雖在理論與實踐方面已經取得了較大的進步，可是在應用效果方面并不理想。其主要表現在以下幾個方面：一是，投入的成本較大，給礦業公司帶來不必要的經濟負擔，因此出現排斥附加除塵裝置的現象。二是，采用機械防塵一般系統相對繁瑣，設備的尺寸較大占用空間，以及安裝相對繁瑣。三是，吸塵點與產塵位置之間距離相對較遠，效果不佳。鑒于此，通過研究已經推行的設備，提出一種追蹤捕塵理論構想，與此同時研究相應的系統工藝，以期能夠實現綜掘工作面除塵的目的[1-2]。

1 綜掘工作面產塵規律及塵源特性

在綜掘開展作業的過程中，通常情況下，當掘進機截割頭與煤巖在接觸瞬間，往往在接觸位置出現較大的應力，不僅使得煤層破碎，而且可以產生一定量的灰塵。在此狀態下，往往能夠使得煤粉核形成密實形式，但是由于截齒的深入，將會打破此狀態，形成大量的煤粉，并沿著工作面傳播。通常粉塵傳播形式主要有如下兩種運動分為水平運動、重力沉降。當下處于水平狀態時，粉塵往往受到一種來自于氣流的拖拽力，速度往往從零急劇增加到氣流速度，與此同時顆粒度大小和氣流速度正相關。當處于垂直傳播狀態時，粉塵顆粒越大，相應的下沉速度越快。

通常，綜掘工作面塵源往往來源于如下幾種：第一，截割頭與煤壁的工序；第二，截齒破煤導致的煤塊錯位；第三，巷道其他地點隨壓風進入作業面的粉塵。

塵源特征主要是通過擴散進行傳播，當處于通風的環境中，通常粉塵往往受到內外因子的影響。其中，外部因子主要由如下幾點構成：作業地點溫濕度、風速等，濕度與氣流速度越大，那么相應的粉塵傳播越快。表1 表示當處于20 ℃時，相應的綜掘工作面粒度塵源對應的擴散系數。

表1 各種不同粒度塵源的大致擴散系數情況表

2 塵源追蹤捕塵原理

經過上述分析發現，假如能夠實現較好地防塵效果，必須在粉塵形成前后以及擴散之前，開始對粉塵源進行收集以及相應的捕獲。

2.1 集塵

對于綜掘工作面的塵源，必須控制相應的擴散，效果相對理想的方法是風集塵，通常可以通過分風裝置調節軸、徑向風流，這樣能夠將使得工作環境中的方向以及供風量發生變化，最終可以使得掘進工作面位置的粉塵向綜掘機司機前方空間擴散，見下頁圖1。

2.2 捕塵

能夠及時準確的捕獲如下三部分產生的粉塵：第一，截割頭；第二，裝載盤；第三，掘進機轉載點。其相應的工藝流程：在掘進機機尾位置設置除塵風機，與此同時設置抽出式骨架風筒，并且需要在截割頭、裝載盤兩翼上方、轉載點位置設置相應的風筒，這樣可以在吸塵口位置實現追蹤塵源的目的。

此捕塵系統優勢為僅僅設置了除塵的功能，這樣能夠極大地簡化設備。能夠減少吸塵點到產塵源之間的長度，較好地減小了負壓損失，從而優化捕塵能力，見圖2。

圖1 分風集塵原理

圖2 追蹤捕塵原理

2.3 除塵

礦用振弦式除塵風機通常必須具備如下幾個方面的特點：第一，滿足風量要求；第二，除塵能力強；第三，重量輕；第四，性能穩定；第五，移動方便等。此裝置不僅可以實現噴霧，而且能夠實現振弦捕塵的效果。當含塵空氣進入風機之后，經過振弦過濾板以及對應的供水噴霧系統共同處理之后，粉塵通過污水口排出，經過處理的空氣進入巷道，見圖3。

3 追蹤捕塵系統

追蹤捕塵系統對應的流程為：首先通過分風裝置實現如下處理：調節軸向、徑向風流，實現集塵。接著，在抽出式骨架分風筒吸塵口位置，應用振弦式除塵風機凈化空氣。圖4 表示相應的捕塵工藝。

假如掘進機處于工作狀態時，上氣電磁閥控制壓入風流，這樣可以有效地改變軸向以及對應的徑向。軸向風流主要通過壓入風筒出口，接著隨著頂板移動到工作面前端，當能夠實現綜掘作業稀釋瓦斯的條件下，盡可能減少風速，這樣能夠保證工作面塵源的風流擾動，最終能夠達到追蹤捕塵的效果。徑向風流由分風裝置徑向出風口，并使用合適的出風角度，借助抽出式骨架風筒吸風口負壓，這樣能夠有效地防止粉塵向掘進巷道后方擴散，從而能夠幫助捕塵系統收塵。對于軸向風流而言，其最終都需要經過振弦式除塵風機后進入掘進巷道后方，最終可以將風流中包含的粉塵消除。假如掘進機處于停止狀態時，相應的塵源追蹤捕塵系統地工作時間設定為1 min 后停止，與此同時關閉分風裝置徑向出風口，回歸正常通風方式。

圖3 振弦式除塵原理

圖4 追蹤捕塵工藝

4 結論

1）礦井綜掘過程中出現的粉塵，其在擴散的過程中主要受到如工作地點溫濕度、風速、粉塵密度等因素的影響。最佳的防塵在于粉塵形成后以及相應的擴散前完成對其捕獲。

2）追蹤捕塵系統最重要的位置為實時追蹤產塵源，能夠實現產塵、集塵、捕塵以及相應的除塵效果。

3）通過在潞安集團某煤礦現場優化調整，達到了理想的除塵效果，軸向、徑向出風口除塵率可以達到94.8%、97.8%，由此可以看出除塵效果比較理想。這樣不僅可以優化煤礦采礦工況環境，而且能夠保護礦井下工作人員的生命健康。