綜掘工作面壓抽混合式除塵技術研究

（山西潞安集團蒲縣新良友煤業有限公司，山西 臨汾 041206）

1 工程概述

山西潞安集團蒲縣新良友煤業有限公司為低瓦斯礦井，開采煤層自燃傾向為自燃，煤塵不具有爆炸危險性。礦井北回風大巷設計長度為1421.4m，巷道為矩形斷面，巷道寬為4.7m，高為2.9m，毛斷面為13.63 m2，噴漿后凈寬4.5m，凈高2.8m，凈斷面為12.6 m2。巷道沿11#煤層頂板布置，采用綜合機械化掘進工藝，巷道施工過程中采用壓入式通風方式，風筒直徑為600 mm，壓入風量為350m3/min，巷道掘進過程中粉塵濃度嚴重超標，對作業現場工人的身體健康造成了嚴重的威脅。鑒于此，本文試圖探索一套綜合除塵措施來降低工作面粉塵濃度。

2 粉塵來源與分布

2.1 粉塵來源分析

根據相關研究資料[1]，可以將巷道掘進過程中的粉塵分為四部分。第一部分主要是掘進過程中綜掘機截割頭破碎和研磨煤巖壁而產生的高濃度粉塵，這也是主要的粉塵來源；第二部分是掘進過程中，煤巖壁垮落后的煤巖塊與地面和機器發生碰撞而產生的粉塵濃度；第三部分是通局部通風機風筒口吹出的風量將工作面沉淀的粉塵揚起，從而形成的二次粉塵污染；第四部分是煤巖層斷裂、錯位形成裂縫，在掘進過程中受到震動影響，從裂縫中涌出的粉塵。

2.2 作業現場粉塵濃度檢測

為了了解巷道不同地點的粉塵濃度，按照粉塵濃度的檢測方法[2]，并結合工作面的實際情況，在巷道回風側人行道上方布置粉塵濃度檢測點，粉塵濃度檢測點見圖1。將得到的粉塵濃度繪制成曲線，見圖2。

圖1 粉塵濃度檢測點布置

圖2 工作面現場粉塵濃度

從圖2可以得知，高濃度粉塵主要集中在綜掘機司機前后10 m左右的范圍，其中司機處的全塵濃度為968 mg/m3，呼吸性粉塵的濃度為772 mg/m3，超出相關粉塵濃度規定[3]的百倍以上。壓入式局部通風機風筒懸掛在巷道右側，風筒出風口高速不穩定風流造成掘進工作面迎頭處風流紊亂，進而形成許多不穩定的旋渦。工作面的粉塵受旋渦影響，聚集在回風側，造成回風側的粉塵濃度增高。距離綜掘機司機室30 m后，較大粒徑的粉塵在重力作用下逐漸沉落在地面，粉塵濃度快速下降，并最終趨于穩定。由此可以看出，原有的通風方式不足以降低工作面作業點的粉塵濃度，因此需要采用新的除塵工藝。

3 壓抽混合式除塵技術

3.1 壓抽混合式除塵原理

壓抽混合式除塵技術的工作原理為：在工作面迎頭處的位置布置1個壓入式風筒和1個抽出式風筒，并且確保壓入式局部通風機風筒的風量大于抽出式局部通風機風筒的風量，形成前抽后壓的通風形式。首先，壓入式局部通風機的風筒向工作區域輸入新鮮風流，確保綜掘機司機有一個潔凈的工作環境；其次，安裝在綜掘機上的抽出式局部通風機的風筒將煤巖壁上剝落的粉塵吸收，之后通過后方的濕式除塵裝置將粉塵過濾，并且將過濾后的干凈風流從水箱處排出，進行二次利用。濕式除塵裝置布置在輸送機后方的托車上，可以隨著綜掘機同步移動，濕式除塵裝置見圖3。上述的壓抽混合式除塵方式需要合理布置2個風筒的位置，使壓抽風筒之間的區域在壓吸風流的共同作用下形成風流通道，該通道既能保證工作面迎頭處的高濃度粉塵不會向工作區域擴散，又能使粉塵隨著回風風流的運移而遠離工作區域，提高除塵效率。

圖3 濕式除塵裝置

3.2 壓抽混合式除塵方案確定

根據上述的壓抽混合式除塵技術原理，為了得到最佳的除塵效率，結合掘進工作面迎頭處的具體情況，需要合理的確定工作面的風量和風筒的具體位置。

（1）工作面合理風量

根據《煤礦安全規程》的相關規定，工作面的局部通風機風速應當在0.25～4 m/s?？紤]到稀釋工作面瓦斯和工作面工人所需風量，分析計算得出壓入式風筒的風量為521.3m3/min，考慮到工作面可能存在一定的風量損失，因此將工作面風量設置為530m3/min。根據王輝、蔣仲安等學者的研究結論[4]，壓入式風筒風量和抽出式風筒的風量之間的比例會直接影響工作面的除塵效率，濕式除塵裝置的處理風量應當為壓入式風筒的75%～80%，抽吸比控制在0.8時效果最好，因此抽出式局部通風機的風量選定為400m3/min。根據風機工況曲線，選定壓入式風機型號為FBD6.3/2×30，抽出式風機型號為KCS-408D。

（2）工作面風筒距地面位置

根據尹云波的研究[5]，壓入式風筒的吊掛高度為0.7H(H為巷道的高度)、抽出式風筒的吊掛高度應為0.6H時，壓抽混合式通風方式風筒布置最為合理。根據掘進工作面的實際情況，H取2.9m，壓入式風筒軸心距離地面2.0m，抽出式風筒的軸心距離地面1.7 m。

（3）工作面風筒距迎頭的距離

根據楊帆的研究[6]，壓入式風筒出風口如果距離工作面迎頭處太近，工作面迎頭處的粉塵容易彌散到綜掘機司機處。如果壓入式風筒離工作面迎頭處太遠，容易超出有效射程，不易形成抽壓風流，從而達不到除塵的效果。根據閆鵬、蔣仲安等[7]的研究結論，壓入式局部通風機的風筒出風口距離工作面迎頭處的有效距離為（3～4），抽出式風筒距離工作面迎頭處的距離不應超過1.5，其中S為掘進巷道斷面。因此，壓入式通風機風筒出風口距離工作面迎頭處的距離L1應取10～15 m。抽出式風筒距離工作面迎頭處的最大值L2取6 m。但是按照現場施工工藝的規范，在符合風速要求下，若壓入式風筒的出風口距離工作面迎頭處在有效射程范圍內，不宜布置太近，因此L1取13 m。抽出式風筒的位置應當盡量靠近工作面迎頭處，這樣能夠和壓入式風筒共同作用，進而增大抽出式風筒的吸塵區域，同時也能提高回風側的風流速度，有利于工作區域粉塵的快速排出。但是考慮到抽出式風筒距離工作面迎頭處過近也會影響綜掘機的工作效率，因此結合現場情況綜合考慮后，將L2設置為5 m。

根據現場情況，該掘進工作面采用長壓短抽的通風方式，壓入式風筒出風口與工作面迎頭的距離為13m，抽出式風筒出風口與工作面迎頭距離為5m，壓入式風筒軸心距離地面2.0m，抽出式風筒的軸心距離地面1.7 m。吸風罩置于綜掘機上截割臂后方處，濕式除塵器由輪車承載，與橋式轉載機相連安裝于滑軌上，方案布置見圖4。

圖4 除塵方案布置

4 工程應用及效果

基于上述分析，在山西潞安集團蒲縣新良友煤業有限公司北回風大巷采用壓抽混合式除塵技術，并在掘進工作面進行粉塵濃度檢測，得到了粉塵濃度曲線見圖5。

圖5 除塵后的粉塵濃度

根據圖5可知，在采用除塵方案后，綜掘機司機處的全塵濃度為62 mg/m3，呼吸性粉塵濃度為48 mg/m3，工作面司機處的全塵除塵率達到了92.6%，呼吸性粉塵除塵率達到了93.8%，說明壓抽混合式除塵技術起到了良好的控塵效果。

5 結語

本章主要針對綜掘工作面粉塵濃度大的問題，設計在綜掘工作面采用壓抽混合式除塵方案，經過現場試驗得出了以下結論：

1）綜掘機切割破碎煤巖壁是綜掘工作面產生粉塵的最主要源頭。

2）巷道掘進過程中的高濃度粉塵主要集中在距離迎頭10m范圍內，其最大的全塵濃度為968 mg/m3，最大的呼塵濃度為772 mg/m3，之后粉塵濃度逐漸減小，并迅速擴散至全巷道。采用壓抽混合式除塵方案后，綜掘機司機處全塵濃度降為62 mg/m3，呼吸性粉塵濃度降為48 mg/m3。全塵除塵率達到了92.6%，呼吸性粉塵除塵率達到了93.8%。