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掘進巷道粉塵控制技術的研究

摘要 針對掘進巷道的特點，研制了一種高效實用的自激式水浴水膜除塵器，并對其結構、除塵過程和與掘進機相配套的方式進行了研究分析。還對掘進巷道中的產塵源進行了調查和分析，認為掘進巷道的防塵方法：應先采用掘進機頭的內外噴霧，然后采用長壓短抽的通風除塵系統(tǒng)和利用除塵器將含塵空氣進行凈化；對轉載點除塵采用簡易閉密罩加噴霧；對巷道周壁的粉塵采用噴灑粘塵劑固塵，才能有效地降低整個巷道的粉塵濃度。

關鍵詞 掘進巷道 除塵器 機掘工作面 轉載點

1 前言

隨著掘進巷道機械化程度的提高，高效、大功率掘進機、運輸機和局部通風設備的使用，使掘進巷道內產塵源增多、產塵量增大，巷道內空氣中的粉塵濃度大大增加。掘進巷道內主要產塵源有掘進工作面、運輸設備的各轉載點和巷道周壁粉塵的二次揚塵等。其中，產塵量最大的是掘進工作面，據測定掘進機割煤時，粉塵濃度高達（1000-3000）mg/m3；其次是運輸設備的各轉載點，粉塵濃度也高達（300-500）mg/m3；如此多的塵源產生的大量粉塵彌散整個工作面和巷道，使掘進巷道內粉塵濃度嚴重超限。這些高濃度、高分散度的粉塵嚴重影響礦工的身體健康，威脅著礦井的安全生產。因此，必須采取有效措施，控制掘進巷道內各塵源的產塵量，使巷道內空氣中的粉塵濃度達到規(guī)定值。為此，筆者將對機掘工作面、轉載點和巷道周壁粉塵的控制技術進行探討。

2 機掘工作面除塵

機掘工作面在安全生產中，突出的問題是產塵量大、分散度高，若采用一般的降塵措施（即掘進機內外噴霧）是難以解決的。據國內外的研究實踐表明，機掘工作面的粉塵控制技術必須采取綜合降塵措施，即在掘進機內外噴霧的基礎上，安裝除塵設備進行吸塵凈化。目前，國內外研制的除塵器種類很多，除塵原理多種多樣，但由于礦山井下掘進巷道空間小、設備移動頻繁，故要求所使用的除塵器應具有體積小、重量輕、移動維護方便，且除塵效率高（特別是對呼吸性粉塵）等特點。如果采用一些國內外的大型除塵系統(tǒng)和設備很難達到要求，為此，筆者對煤巷機掘工作面的粉塵狀況進行了現場調查和測定，并作了大量的實驗研究，研制了一種新型高效的自激式水浴水膜除塵器，經理論論證和實驗證明，該種除塵器除塵效率達98%以上，對呼吸性粉塵的除塵效率也達90%。下面對其結構、除塵過程以及與掘進機相配套方式作簡要介紹。

2.1 除塵器的結構和除塵原理

除塵器結構如圖1所示，主要有上下導流葉片、脫水器、水箱、軸流式風機、排漿閥和注水孔等組成。其除法過程是含塵氣體由進風口進入除塵器轉彎向下的導流葉片沖擊水面，較大的塵粒由于慣性作用落入水箱中，而較小的塵粒隨氣流以較高速度通過上導流葉片間的彎曲通道時，與激起的大量水滴充分碰撞而被捕獲沉降。含塵含水的氣流又在離心力的作用下，在除塵器內壁和上下導流葉片上形成一定厚度的水膜，將塵粒捕集下降。再由脫水器除掉氣流中的水滴水霧后，經軸流風機（電機外殼需作專門的防水處理）排出到巷道中，其除塵機理主要是氣流中的塵粒與液面和霧化液滴之間產生慣性碰撞、載留、擴散等作用?？傊?，這種除塵器具有水浴、水滴、離心力產生的水膜等三種除塵功能，因而可得到較高的除塵效率。另外，被水滴捕集落入水箱里的粉塵，沉積到水箱底部或隨氣流沖擊不斷攪動，當水箱中濃度達到一定值后，通過排漿閥定期排出，并沖洗水箱，由供水管補充新水。

2.2 通風除塵系統(tǒng)的確定

合理的通風除塵系統(tǒng)，應能有效地控制掘進機產生的粉塵，并把含塵空氣吸入除塵器中加以凈化，以提高除塵效率。為此，采用長壓短抽通風除塵系統(tǒng)（如圖2所示）。這種除塵系統(tǒng)的管理與維護比較簡單，并能有效排除瓦斯的積聚和滯留，實現粉塵的就地凈化。工作面風量由壓入式局部風機供給，通過配風器調節(jié)風量，保證抽入除塵器的風量大于工作面的實際風量，使工作面風流中高濃度的粉塵全部抽入除塵器進行清除。除塵后的凈化風流由配套風機排到巷道。

壓入式風筒口距機掘工作面的距離的選取：如果，壓入式風筒口距機掘工作面的距離過小，掘進工作面產生的粉塵容易被帶出工作面；若壓入式風筒口距機掘工作面距離過大，則排塵風速過小，不易形成吹吸系統(tǒng)，對收塵不利。根據生產實踐壓入式風筒口距機掘工作面的距離，宜取L壓<=(4-5)S開平方。

除塵器吸塵口距機掘工作面的距離：若除塵器吸塵口距機掘工作面的距離太小，機掘工作面產生的大量粉塵會被風流帶出，并且把大量較粗粉塵吸入除塵器內，增大除塵器內水箱污水的清換次數；假若除塵器吸塵口距機掘工和的距離太大，機掘工作面產生的粉塵也經過司機以后，才被吸入除塵器，掘進機司機處的粉塵濃度得不一有效除低，對掘進機司機身體危害極大。因此，一般除塵器吸塵口距機掘工作面的距離選取L壓<=1.5S開平方為宜。

2.3 除塵器的安裝和使用方法

由于井下工作條件的特殊性，要求除塵設備移動安裝拆卸方便，并保證除塵設備與掘進機同步前進，減少工人的勞動強度。本文中采用的除塵器的安裝是針對邢臺礦業(yè)集團東龐煤礦2709工作面（屬低瓦斯礦井）的生產作業(yè)條件，并在不影響掘進工人工作的情況下，經過反復考慮而采用的如圖2所示的除塵系統(tǒng)安裝方法。即除塵器和風機安裝在橋式皮帶兩側，在掘進機兩側懸掛吸風筒，吸塵罩安裝在掘進機截割臂上，它們之間分別用鋼性和伸縮風筒連接除塵器與風機，這樣在掘進機和橋式皮帶兩側分別形成兩個獨立的除塵系統(tǒng)，互不???擾，基本上不影響掘進工人工作。由于一臺除塵器的處理風量為（60-70）m3/min，因此，采用兩臺除塵器并聯使用。每套除塵系統(tǒng)的阻力為1300Pa左右，故選用兩臺JBT-42型防爆軸流通風機，其電機功率為4kW。

在除塵器運行前（或每班開工時），先用軟管把除塵器水箱中含塵污水放入巷道水溝中，再向水箱注入清水，由水位指示器顯示水箱的注水量。除塵設備運行一定時間后（約一天），再放污水和清水各一次，操作比較簡單。除塵設備、掘進機和壓入式局部風機的供電線路要有風電閉鎖裝置。當局部風機一旦因故停止運轉或工作面瓦斯超限時，除塵設備和掘進機便能及時斷電，停止運轉；只有在壓入式局部風機正常運轉和工作面瓦斯?jié)舛炔怀薜臓顟B(tài)下，除塵設備和掘進機的開關才能啟動起來。

3 轉載點除塵

在掘進巷道內通常安裝多臺運輸設備，各轉載點（例如，掘進機到橋式皮帶、從皮帶運輸機到皮帶運輸機或刮板運輸機）在運煤過程中都會產生大量粉塵。這主要原因是各轉載點存在一定的落差，煤炭在下落過程受到空氣阻力的作用，使周圍空氣發(fā)生流動，造成煤炭中細小粉塵懸浮起來，飛揚到空氣中。根據氣體動力學原理，對上述懸浮粉塵進行分析，不難得出以下結果：對這些粉塵若不采取措施，就會長時間地停留在空氣中不沉降，由于掘進巷道中空氣存在一定流速，就會把微細粉塵帶到別的工作地點，致使整個巷道中粉塵濃度增加。目前，控制轉載點的粉塵措施主要有降低煤炭的下落高度、噴霧酒水和密閉抽塵。由于井下掘進巷道斷面面積較小，運輸設備拆卸安裝次數較多，不象運輸大巷或地面皮帶運輸機那樣，各轉載點可安裝密閉抽塵除塵器凈化系統(tǒng)。為此，在轉載點采用噴霧灑水時，為防止粉塵還未被充分濕潤就被風流帶走，又采用了轉載點無風機抽塵的簡易密閉罩凈化系統(tǒng)，如圖3所示。罩內設有噴霧器，密閉罩與皮帶接觸處采用橡膠板接觸，以防止粉塵向外溢出，密閉罩結構尺寸，根據實際需要而定。

4 巷道周壁抑塵

由于掘進巷道周壁聚集大量粉塵，單用灑水濕潤，有效抑塵時間短，很麻煩，效果往往不好，沖洗的方法雖較徹底但耗水量很大。為有效防止沉積于巷道周圍的粉塵再次飛揚，污染風流，采用在巷道周壁噴酒粘塵劑來抑塵。它的基本原理是將沉積煤塵徹底濕潤，并使其失去飛揚性。由于一般水份容易蒸發(fā)，所以在粘塵劑中主要添加了吸水性很強的鹽類溶液，但是在單獨使用這種鹽溶液或水時，往往不能充???濕潤煤塵，因此在粘塵劑中還添加了表面活性劑物質。這種粘塵劑主要成分是氯化鈣和氯化鎂等物質。

粘塵劑可以持續(xù)濕潤由井下空氣帶來的、不斷沉積于巷幫和底板的煤塵，隨著粘塵量不斷增加，粘塵劑需要不斷吸收空氣中的水份。但當煤塵過量沉積，致使粘塵劑不能再保持流體狀態(tài)時，就會失去濕潤能力，這樣需要重新噴灑粘塵劑。粘塵劑的噴灑方法采用人工噴灑，工藝設備較簡單。

5 結語

由于煤礦井下條件的特殊性，掘進巷道的粉塵危害一直沒有很好解決。上述除塵方法是筆者多年進行理論探討和實驗研究，并在現場進行了工業(yè)性試驗，而取得的成果。對掘進巷道的防塵方法：應先采用掘進機頭的內外噴霧，將工作面產生的粗塵迅速沉降下來；然后采用長壓短抽的通風除塵系統(tǒng)，利用自激式水浴水膜除塵器，將含塵空氣進行凈化。對轉載點除塵采用簡易閉密罩加噴霧。對巷道周壁的粉塵采用噴灑粘塵劑固塵。通過這些除（降）塵措施，就能有效地降低機掘工作面和整個掘進巷道的粉塵濃度。

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