新型除塵裝置在采煤機(jī)上的應(yīng)用研究

劉磊鑫

（山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500）

引言

礦井在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生各類粉塵，高濃度粉塵不僅會影響礦井生產(chǎn)安全而且會威脅井下作業(yè)人員身體健康[1-2]。現(xiàn)階段采掘作業(yè)面常用的除塵措施包括有煤層注水、噴霧降塵、負(fù)壓降塵、泡沫除塵等，但是各種除塵技術(shù)均有一定的局限性[3]。某礦5308 綜采工作面回采的5 號煤層為突出煤層，煤層自身含水率較低，加之受到瓦斯抽采影響，采面回采時粉塵濃度較高。前期采用注水方式增加煤層含水率，受到瓦斯抽采鉆孔影響，注水效果較差。為此，依據(jù)5308綜采工作面生產(chǎn)情況，提出應(yīng)用新型除塵裝置與采煤機(jī)原有噴霧除塵系統(tǒng)、液壓支架噴霧系統(tǒng)等相互配合，降低采面粉塵濃度。

1 5308 綜采工作面概況

山西某礦5308 綜采工作面位于北翼5 采區(qū)，采面西側(cè)與3105 進(jìn)風(fēng)順槽間留設(shè)15 m 護(hù)巷煤柱、東側(cè)與3103 回風(fēng)順槽間留設(shè)21 m 護(hù)巷煤柱，南側(cè)以及北側(cè)分別為采區(qū)運(yùn)輸大巷以及邊界煤柱。5308 綜采工作面設(shè)計走向推進(jìn)距離650 m、傾向160 m，回采的5 號煤厚度4.3 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、中間夾雜2～4 層泥巖矸石，煤層賦存較為穩(wěn)定，煤層頂?shù)装鍘r性均為砂質(zhì)泥巖。采面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。5308 綜采工作面主要綜采設(shè)備型號見表1。

表1 綜采設(shè)備型號

截止到2020 年8 月20 日采面累積推進(jìn)距離為135 m，受到3 號煤層本身含水率低、煤塵揮發(fā)性大以及采煤機(jī)自身噴霧降塵設(shè)備工作效率低等因素影響，采面內(nèi)粉塵濃度較高，現(xiàn)場測定在采煤機(jī)司機(jī)位置全塵質(zhì)量濃度達(dá)到153 mg/m3。為此，文中基于采面生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出將新型噴霧除塵裝置應(yīng)用到采面降塵中，以期能改善采面作業(yè)人員工作環(huán)境。

2 除塵裝置結(jié)構(gòu)組成

具體在MG400/930-GWD 采煤機(jī)上安裝的除塵裝置結(jié)構(gòu)見圖1 所示，主要結(jié)構(gòu)包括有水泵、霧化噴頭、電機(jī)、水箱、風(fēng)筒以及出水管等構(gòu)成。在采煤機(jī)截割部采用焊接方式安裝支撐板，在支撐板兩側(cè)布置連接板，將風(fēng)筒安裝在連接板上[4-5]。采用的風(fēng)筒為一側(cè)空腔結(jié)構(gòu)且開口側(cè)面向采煤機(jī)機(jī)臂。

圖1 除塵裝置結(jié)構(gòu)

水箱布置在采煤機(jī)機(jī)體另一側(cè)，底板安裝為長度8 m、直徑20 mm 出水管（I），通過出水管將水箱、水泵相連接。在水泵輸出端有出水管（II），出水管一端與風(fēng)筒內(nèi)高壓霧化噴頭連接。

在通風(fēng)內(nèi)布置的扇葉、高壓霧化噴頭，在扇葉作用下風(fēng)筒內(nèi)會形成負(fù)壓環(huán)境，外界高濃度粉塵會進(jìn)入到風(fēng)筒內(nèi)。扇葉配套使用的電動機(jī)功率為15 kW，并通過聯(lián)鎖裝置與采煤機(jī)控制開關(guān)相連接。采煤機(jī)啟動后風(fēng)機(jī)會自動啟動。

3 除塵裝置工作原理以及技術(shù)優(yōu)勢分析

3.1 除塵原理分析

當(dāng)采煤機(jī)啟動后，通過聯(lián)動裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)葉風(fēng)機(jī)以及水泵等設(shè)備啟動。水箱內(nèi)水經(jīng)過出水管（I）、水泵以及出水管（II）加壓后通過風(fēng)筒內(nèi)高壓霧化噴頭噴出；在風(fēng)葉轉(zhuǎn)動作用下風(fēng)筒內(nèi)形成負(fù)壓，采面高濃度粉塵進(jìn)入風(fēng)筒后實(shí)現(xiàn)噴霧凈化。現(xiàn)場可根據(jù)需要對風(fēng)筒角度進(jìn)行調(diào)整，具體水平角度調(diào)整范圍為0°～180°、豎向角度調(diào)整范圍為-60°～+60°。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢分析

3.2.1 除塵設(shè)備成本低

文中所提新型除塵設(shè)備成本費(fèi)用低。整個設(shè)備可由礦井地面機(jī)修廠焊接制作，結(jié)構(gòu)相對簡單，整套設(shè)備費(fèi)用約為0.65 萬元。同時新型除塵設(shè)備內(nèi)各配件均為通用配件，便于拆卸維修以及更換，在使用過程中若出現(xiàn)問題井下值班電工即可進(jìn)行維修。

3.2.2 故障發(fā)生率低

整個新型除塵設(shè)備使用的電氣設(shè)備主要為聯(lián)動開關(guān)、風(fēng)筒風(fēng)葉電機(jī)以及水泵，使用的電氣設(shè)備均為礦井常用設(shè)備，可靠性較強(qiáng)。同時各個設(shè)備均獨(dú)立安裝在采煤機(jī)上，出現(xiàn)故障后可快速拆卸、維修。高壓噴霧管路中使用的出水管均采用插口連接，便于對煤泥等堵塞物進(jìn)行處理[6]。

3.2.3 除塵效果顯著

新型除塵裝置安裝在采煤機(jī)機(jī)身上，通過風(fēng)葉轉(zhuǎn)動從而在風(fēng)筒內(nèi)形成負(fù)壓，將機(jī)臂附近高濃度粉塵集中在風(fēng)筒內(nèi)，采用高壓噴霧裝置浸潤煤塵、起到降塵作用。同時該裝置通過調(diào)節(jié)開口方向可對不同方向進(jìn)行降塵，除塵效果較為顯著。

3.2.4 適用范圍廣

該新型除塵裝置不僅可置于采煤機(jī)上，而且可安裝在掘進(jìn)機(jī)上對降塵掘進(jìn)迎頭粉塵濃度，同時在采面轉(zhuǎn)載點(diǎn)、帶式輸送機(jī)搭接位置等布置該除塵裝置亦可起到較好的降塵效果。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在 5308 綜采工作面停采期間，在MG400/930-GWD 采煤機(jī)上安裝新型除塵設(shè)備，并于2020 年9 月5 日開始正常投入使用。安裝完成新型除塵設(shè)備后，風(fēng)筒內(nèi)進(jìn)風(fēng)量可達(dá)到5.6 m3/min，風(fēng)筒內(nèi)高壓噴頭噴霧量達(dá)到5.3 L/min，現(xiàn)場應(yīng)用時該除塵裝置未出現(xiàn)任何故障。

對新型噴霧裝置應(yīng)用后采煤司機(jī)位置粉塵濃度進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)粉塵質(zhì)量濃度由使用前的153 mg/m3降低至82 mg/m3，降低幅度達(dá)到46.4%，取得較為顯著的降塵效果。預(yù)計通過使用新型除塵裝置年可增加采面經(jīng)濟(jì)效益約45 萬元。