露天煤礦膠帶機運煤形塵機理與抑塵技術探究

張朝陽

（中聯潤世新疆煤業有限公司，新疆 昌吉 831800）

露天煤礦膠帶機運煤時會易形成煤塵，在外界風力影響下粉塵擴散速度比較快，會對環境造成一定的污染，工作人員在該環境下開展作業易引發塵肺病，同時，懸浮的粉塵顆粒落入機電設備，長期積累會引起電子元件受損，直接影響著設備使用壽命。需要對露天煤礦采用膠帶機進行煤炭運輸時的形塵機理進行深入分析與研究，開發有效的抑塵裝置，探索煤礦粉塵綜合治理辦法，為綠色礦山建設提供理論依據。

1 露天煤礦膠帶機形塵機理

1.1 膠帶跑偏

膠帶機形塵是由于鋼絲繩芯輸送帶沒有按照預定軌跡運行，導致膠帶上運輸的原煤灑落而形成煤塵，導致膠帶跑偏主要有如下原因：

1.接頭硫化不正。煤礦用于輸送原煤膠帶接頭硫化時，會使膠速中心線無法準確進行定位，接頭橫截面形成不同的張力，膠帶會偏向張力比較小的一側。

2.受料不均。采用膠帶機輸送原煤，前段機頭溜槽和機尾溜槽位置存在偏差，前段運輸的原煤無法準確落至膠帶中心，膠帶落料點存在偏差而使兩側堆放積角不同，在原煤重力影響下導致膠帶存在著不平衡力，托螺受到的擠壓力產生正交分解，存在垂直方向的正壓力和水平的偏向力，由于膠帶物料落點不正，左右水平偏向力不同，臨近膠帶邊緣偏向力較大而出現橫向跑偏。

3.安裝因素。在對膠帶機機架、滾筒等部件過行安裝時，沒有保證機架中心線與膠帶中心線保持重合，如果中心線偏差大于5%，則會導致膠帶機產生跑偏。膠帶跑偏會使高速運行的膠帶產生振動，原煤會灑落而形成灶塵[1]。

1.2 廊道清掃系統卸灰

露天煤礦膠帶機輸煤廊道采用脈沖負壓方式進行卸灰，把附在積灰斗濾袋煤塵進行清掃。負壓除塵采用氣運輸送方式，煤炭形成粉塵會被吸入進布袋除塵器，受到重力影響使得部分粗顆粒進入到集灰斗內，細顆粒煤法會被帶至濾袋集灰斗。但隨著清掃系統的持續運行，濾袋內的煤塵會不斷堆積，達到設定清灰時間時便進行清灰處理，壓縮空氣以很短的時間進入過濾袋并形成振動，附著于濾袋外的煤塵會被震落[2]。進行過濾和清灰處理以后，被截留的煤塵會進入集灰斗內部，再通過卸灰閥排至膠帶機，但卸灰閥距離膠帶機為1～2m，煤塵落至膠帶會存在揚塵。卸灰系統形成的煤塵為空中懸浮粉塵，進入到輸煤廊道后進行吸塵收集，卸類形成的粉塵顆粒直徑較小，這就使得卸灰揚塵更難以治理。

1.3 回程面粘料振動

膠帶產生的縱向振動是導致回程面產生振動的主要原因，并與驅動力、張力等有著直接聯系，每個點位靜阻力在輸送機啟動時有著較大的差異，為逐級聯動的形成過程。針對某段煤炭輸送帶來講，輸送帶前后差超過靜阻力時方可以啟動，啟動時膠帶具備的靜阻力會變作動阻力，膠帶便開始正常運行。靜阻力轉變為動阻力會導致輸送帶回程面產生振動，膠帶回程面煤炭粉塵顆粒會形成粉塵。

1.4 不同形塵機理特點

膠帶運輸煤炭形成粉塵主要有跑偏揚塵、卸灰揚塵和粘料振動揚塵，主要有如下特點：（1）膠帶跑偏導致的揚塵發生頻次不高，跑偏時間約為膠帶運行時間的5%-10%，在膠帶機運行時間的占比不高；（2）膠帶清掃卸灰揚塵多出現在啟動以前的10min，啟動達到額定速度以后，清掃系統打開底下卸灰閥，大量煤塵會卸載至膠帶并跟隨原煤運輸到外部。雖然卸灰瞬間會伴隨著再次揚塵，輸煤廊道粉塵濃度達到最高。從膠帶機啟動至停機只需要進行一次卸灰，占膠帶機整個運行時間的比例不大；（3）回程面振動揚塵出現在膠帶機整個運行過程，每個回程面也會存在振動揚塵，具有更大影響范圍和持續時間[3]。

2 膠帶機洗帶抑塵裝置設計

2.1 壓帶滾筒組件設計

輸送帶振動可通過采用壓帶滾筒來解決，回程面膠帶對煤炭進行卸載以后，膠帶工作面會附存部分煤粉，在膠帶振動影響下會出現擴散，要保證膠帶原煤卸載以后一段行程中對膠帶振動情況進行抑制，就可以有效地避免和緩解振動揚塵。壓帶滾筒用于抑制輸送帶振動，是在膠帶完成卸載以后，距離機頭滾筒2m左右距離安裝3 個壓帶滾筒，2 個滾筒安裝于回程面膠帶下部，對回程面膠帶起到托舉作用，確保膠帶為受力支承狀態，另一個滾筒安裝于回程面膠帶上，對回程面膠帶進行壓迫，使膠帶為壓迫狀態。通過3 個壓帶滾筒共同施加外力，邊緣部位的2 個滾筒兩者間的膠帶為平緩過渡態，膠帶振動就可以得到緩解，洗帶抑塵裝置內部膠帶振動就可以得到消除。為確保洗帶裝置壓帶滾筒有著較好的轉動特性，可以滿足滾筒安裝時由于安裝偏差引起的滾筒不同心問題，要采用自調偏功能滾子軸承。再結合壓帶滾筒受到膠帶擠壓力的問題，并要求達到較高的剛性和強度，要選用普通碳素結構鋼[4]。

2.2 噴霧系統組件設計

對膠帶回程面粘附煤塵進行清洗，要采用有效的噴淋處理系統，可以將煤塵在煤泥水，有著很好的抑塵處理效果。由于膠帶帶寬較大，噴淋系統形成的水幕垂直于膠帶中心線，若要對膠帶進行全部覆蓋，要選用一字型噴頭進行處理。一字型噴頭表面設置有1mm 縫隙，具有一定壓力的水通過噴頭內孔以后，在縫隙分散作用影響下，可形成平面水幕，噴出水量較小，具有較好的節水效果。噴頭數量設置為5 組，每組間隔距離300mm，噴頭與膠帶運行保持垂直，受到由膠帶機輸煤廊道給水管網水壓達不到要求，不能達到一字型噴頭霧化效果，可以在供水管路中加設增壓泵，可以確保噴霧增壓水系統滿足設計要求。

2.3 水清掃器組件設計

對膠帶回程面形成的煤泥水進行處理，需要設計水清掃器組件，該裝置由角度調節板、聚氨酯刮板和支架等構成。洗帶抑塵裝置高設計有2 組水清掃器，安裝于膠帶回程面上下兩側，可對膠帶兩側煤泥水進行清除。刮板與支架間為4mm 扁鐵進行連接，采用高強度螺栓進行固定。水清掃器2 側安裝清掃器調節板，采用角度可調螺栓對清掃器與膠帶平角進行設置。選用具有較強耐磨性能的刮板，刮板與膠帶間為滑動摩擦方式，膠帶磨損應該可控，還具有較好的阻燃性能，刮板與膠帶為滑協動摩擦，由于需要長時間運行，需要刮板溫度不可以過高，刮板還需要有著很好的形變量，刮板與膠帶間為相互擠壓狀態，兩者間存在著很小的間隙，形成的噴霧可將煤泥水進行有效清除，刮板良好的柔韌性可以使兩者間保持充分接觸。

2.4 煤泥水溜槽組件設計

洗帶抑塵裝置煤泥水溜槽設計為漏斗狀，采用普通結構鋼焊接而成。煤泥水通過洗帶后會使濃度變小，只有少量煤泥積集于溜槽壁，梯形面與地面夾角不超過30°。

2.5 洗帶裝置機架

選用槽鋼來對機架進行連接與組裝，支腿槽鋼底安裝6mm 厚鋼板，采用膨脹螺栓與地面進行固定，洗帶抑塵裝置在膠帶運行時具有較好的穩定性。機架上安裝的壓帶滾筒支承槽鋼部位中有高節板，設計調節區間為5～50mm，可以確保洗帶抑塵裝置中的壓帶滾筒與膠帶進行良好接觸，使通過洗帶抑塵裝置后的膠帶為一個平面。機架采用Q235 槽鋼加工制作而成，屈服強度滿足使用要求。

3 洗帶抑塵裝置性能調試

3.1 試驗材料

選擇直徑為φ219 的壓帶滾筒，采用聚氨酯材料制作水清掃器刮板，12mm 和8mm 兩種規格的槽鋼制作機架，溜槽采用厚度為6mm 的Q235 鋼板進行焊接連接。

3.2 安裝方法與安裝位置

洗帶抑塵裝置設計為鋼結構方式，加工制作采用手弧焊進行連接與組裝，焊接鋼材為Q235，為確保達到足夠載荷，選用J506 型鋼焊條。膠帶回程面粘料導致的粉塵會在卸煤完成后一段回程面內出現，可以從源頭中處理膠帶回程面粘料，可以有效處理煤塵問題。洗帶抑塵裝置在距離機頭卸料點2m，具體見圖1 所示。膠帶回程面卸煤以后來及時清洗處理，可以有效處理好膠帶揚塵。

圖1 洗帶抑塵裝置安裝位置示意圖

3.3 運行調試

水清掃器角度調節：合理調整水清掃器角度可以使膠帶機運行時更為充分地將回程面上下進行充分清洗，確保煤泥水得到完全清除，防止輸送帶存在煤泥水而出現打滑。在增壓水泵出口部位安裝蝶閥和流量計，流量設置為3.0L/min、4.0L/min 和5.0L/min，分別將水清掃器調節區間設計為30°～90°，對1min 內不同水清掃器在不同角度情況下匯集煤泥水體積進行定算。在噴淋系統水流量保持不變的前提下，煤泥水回收率與水清掃器角度保持正比關系，角度為70°～75°時的回收率達到最大。在低流量的情況下，煤泥水回收率可高達97%。而如果水清掃器角度大于75°，煤泥水回收率為下降趨勢。對不同流量情況進行分析，水流量大則煤泥水回收率變低，這是由于部分煤泥水不能及時處理，會隨著膠帶運行而流失。將水清掃器刮板角度和回程面膠帶角度設置在0°～75°，具有很好的清理效果[5]。

噴霧系統調節：噴頭霧化與系統壓力有關，會對煤塵清洗效果產生很大的影響。噴霧選用孔徑3mm、角度為65°的一字型噴嘴。對不同水壓情況下廊道濃度進行測試，可以得到最為理想的除塵水壓。增壓泵出口安裝有蝶閥和流量計，流量設計為3.0L/min、4.0L/min 和5.0L/min，系統壓力區間為0.4～0.8MPa。在流量保持恒定狀態下，噴霧系統壓力變大會導致噴射角度變大，如果壓力大于0.6MPa，噴射角為65°，表明該壓力最為理想的噴射角度。但隨著系統壓力變大，廊道粉塵濃度會不斷變小，如果系統壓力超過0.7MPa，粉塵濃度可減小3.5mg/m3，滿足國家對粉塵濃度的要求。當流量為4.0L/min、壓力為0.7MPa 時，具有更好的除塵效果，耗水量也更為理想。

壓帶滾筒高度調節：壓帶滾筒的設置是為了洗帶抑塵裝置內的膠帶可以更好地壓平，也可以緩解和消除振動問題，并確保膠帶反作用力不能過大。將回程面膠帶托起高度設置為40～50mm，可以使滾筒承受更為合適的壓力，也可以有效消除振動問題。

4 結語

綜上所述，露天煤礦膠帶運輸煤炭時會存在一定程度的揚塵問題，不利于工作人員的身心健康，也不能滿足綠色礦山建設的需要。需要對露天煤礦膠帶機輸煤形塵機理進行分析，并采取切實有效的抑塵處理技術，通過設計洗帶抑塵裝置可以有效緩解膠帶振動等問題，通過設置噴霧系統可以形成煤泥水，設計水清掃器可以對煤泥水進行清除，并設置有溜槽對煤泥水進行收集，具有很好的抑塵和回收效果。