煤礦采掘工作面高效綜合防塵技術探析

雷 鈞

（潞安集團常村煤礦， 山西 長治 046100）

1 常村煤礦井下環境概況

常村煤礦由于防塵技術環節薄弱造成煤礦現場的粉塵不能及時得到處理，導致當地充斥著高濃度的粉塵。主要體現在以下方面：參數選取失當造成現場的噴霧無法對粉塵產生吸附凝聚作用；截割以及支架移動過程產生的高濃度粉塵擊潰了礦場的防塵技術手段，大量的職工面臨嚴重的健康威脅；風機氣流的作用使得掘進機運行產生的粉塵亂飛，僅靠現場抽風形成的負壓無法吸附大量粉塵，現場的凈化裝置幾乎失效。

在沒有有效措施干預的情況下，該地區的粉塵含量已經嚴重超標，除了對環境造成的巨大污染，更重要的是直接威脅了該地區職工的身體健康，使得工人患塵肺病的概率大幅提升，高濃度的粉塵含量讓礦區面臨風險極高的粉塵爆炸威脅。

2 綜合防塵技術常村煤礦采掘工作面的應用

2.1 全斷面高效捕塵技術

塵霧耦合就是通過水霧將彌散在空氣中的粉塵吸附聚集在一起，當聚合物的質量達到臨界點，就會由于自身重力作用降落地面。當然，在實際的應用中原理會比這稍顯復雜，需要用到氣壓于風流理論[1]。

水霧的產生依賴現場的噴霧裝置，通過噴嘴噴發出來的噴霧向外擴散，滿足一定條件便會形成噴霧活塞，由于前方的空氣被水霧擠走，導致后部形成相對穩定的真空狀態，在噴霧裝置的噴口處就產生負壓，那些吸附粉塵的水霧受到負壓的作用進入噴管內部，由于內部不斷進行撞擊使得凝結現象發生，這個過程非常復雜。當粉塵再度回到空氣中時已經無法克服自身的重力作用便會迅速下沉。這一過程又會在噴出口形成新的負壓，導致新一輪的粉塵凈化，這樣的一個過程就會對粉塵進行第二凈化作用，整個流程如圖1所示。

圖1 機理示意圖

在整個降塵裝置中，發射噴霧的噴嘴是最為基礎的構件，它所能表現出來的霧化能力很大程度上也決定了該降塵裝置的效果。為了獲得最好的效果，課題組廣泛研究國內外的噴嘴，結合礦區的環境特性確定了最終的噴嘴，為了驗證性能，在重點實驗室通過專業的仿真裝置測試噴嘴的霧化效果，精準的得到了噴嘴的范圍、霧滴噴出的速率、濃度等數據。由于工作面不同高度位置情況不同，需要據此選取噴嘴并通過實驗驗證獲得最佳的噴霧形成角度以及壓力參數等，保證噴霧的濃度、速度以及粒度達到最佳，形成最佳的霧場覆蓋狀況。

2.2 專用的負壓引射除塵技術

由于現場不同的割煤工序和支架移動各自產生的煤塵數量以及特點并不相同，故而需要根據各自的特點研發專用的除塵技術，此項技術的研發涉及的內容比較多，但是最為關鍵的當屬噴霧。按照粒度—速度—濃度塵霧禍合的作用機理，需要經歷一系列的實驗測試確定噴嘴參數，這樣就可以模擬得到最好的降塵，形成覆蓋全局的噴霧場，也能有效地節約水資源，水源的利用率達到最高[2]。如圖2所示極為該技術的示意圖。

圖2 架間負壓引射除塵技術示意圖

粉塵的運動受到風速影響，兩次之間的關系可以通過數值模擬的方式得到基本的移動規律，通過風幕的封閉式粉塵控制技術的模擬，利用密閉環境下的除塵理論進行推算。如果綜掘工作面可以看作是密閉的空間，空間內部的粉塵可以借助抽風的方式排出去，基于這樣的原理就可以將掘進機掘進產生的大量粉塵捕捉，最終沉降下去。

2.3 風幕封閉式控塵技術及裝備研發

綜掘工作面利用風幕封閉式控塵技術配合輕質的風筒（如圖3所示）就可產生一種旋流風幕，這種風幕可以遏制塵土對外擴散。一般將輕質的風筒設置于掘進機前端10～60 m的位置，保證空氣幕的形成，粉塵被控制在其中，一般情況下，風筒每間隔5～6 d 需要移動一次[3]。

工作面的除塵，通過負壓、抽離混合的方式完成降塵。由風筒直吹形成的軸向風可經轉為往側壁出風，形成多處出風口，在狹長的巷道中形成旋流風幕。由于負壓的作用，工作面的風被風筒逐步抽離，而旋流風幕則不停的往工作面移動，對內部的風流造成影響，在較原先更短距離內完成風流場的轉變，形成的新風流可以對粉塵起到控制作用，施工人員不再被粉塵圍困，安全性大大提高。

圖3 附壁新型輕質風筒結構示意圖

圖4所為待研發的新型控塵技術示意圖。在經過一系列的數據分析與模擬之后，會選擇控塵效果最好的地方安裝該技術裝置。

圖4 擬研發的風幕封閉式控塵技術示意圖

這種綜掘工作面風幕封閉式控塵技術的應用會體現出諸多優點，其中最為明顯的優點是會大幅減少截割頭工作時產生的粉塵數量，這在很大程度上降低了后續控塵時的工作量。

3 應用效果

通過在常村煤礦礦場一系列的試驗與應用，該方法的降塵效果得到了肯定，根據所設的檢測點反饋的數據來看，降塵效率超過了60%，而呼塵的降塵效率更是突破72%，極大改善了原本惡劣的施工環境，職工人員身體安全提到保障，于此同時，企業也可以減少由于職業病造成的賠償支出。由于高效的降塵能力，大大降低了粉塵爆炸事件發生的概率。