除塵風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面的應(yīng)用研究

文 / 劉 志

（作者單位：國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)清水營煤礦）

綜掘工作面粉塵濃度在不采取任何防塵措施的情況下普遍達(dá)到200mg/m3，嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尤其是巖巷掘進(jìn)工作面使用綜掘機(jī)掘進(jìn)時，巖塵濃度更大、危害更大，作業(yè)人員容易導(dǎo)致塵肺病的發(fā)生，因此掘進(jìn)工作面防塵是煤礦安全生產(chǎn)非常重要的工作。國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)清水營煤礦通過在總長約為600米，+1172m軌道石門巖巷掘進(jìn)工作面使用除塵風(fēng)機(jī)，使掘進(jìn)工作面粉塵濃度大幅度下降，消除了礦井粉塵隱患，改善了作業(yè)環(huán)境，有效地預(yù)防和減少了塵肺病的發(fā)生，保障了礦井的安全生產(chǎn)及員工的職業(yè)健康。

一、 掘進(jìn)工作面除塵系統(tǒng)

1. 系統(tǒng)原理及其設(shè)備組成

圖1 掘進(jìn)工作面長壓短抽除塵系統(tǒng)

圖2 除塵器

清水營煤礦掘進(jìn)工作面除塵系統(tǒng)主要采用長壓短抽的形式（見圖1），由局部通風(fēng)機(jī)為掘進(jìn)工作面提供新鮮風(fēng)，距掘進(jìn)工作面50米范圍內(nèi)設(shè)有附壁風(fēng)筒，通過附壁風(fēng)筒泄放一部分風(fēng)，形成風(fēng)幕，同時利用除塵風(fēng)機(jī)將掘進(jìn)工作面粉塵通過負(fù)壓風(fēng)筒排出，最后再由巷道內(nèi)的防塵噴霧和防塵簾進(jìn)一步凈化空氣并降低掘進(jìn)巷道內(nèi)的粉塵濃度。其主要除塵設(shè)備包括掘進(jìn)機(jī)的外噴霧系統(tǒng)、KCS多重過濾與碰撞礦用濕式除塵風(fēng)機(jī)、附壁風(fēng)筒或風(fēng)分流器、風(fēng)流凈化噴霧水幕、防塵簾等。

2. 除塵風(fēng)機(jī)

除塵風(fēng)機(jī)由隔爆對旋風(fēng)機(jī)、除塵器和底座組成，其中隔爆對旋風(fēng)機(jī)由隔爆電動機(jī)、葉輪和機(jī)座組成。除塵器（見圖2）采用封閉箱式結(jié)構(gòu)，上面設(shè)有可以打開的檢修門，兩邊設(shè)有可以旋開的觀察窗，內(nèi)設(shè)噴霧系統(tǒng)、W形除塵板和W形氣水分離板。

（1）噴霧系統(tǒng)特點(diǎn)

噴霧系統(tǒng)由閥門總成、噴霧管和噴頭等組成。噴霧系統(tǒng)噴出微米級的水霧，水霧化好，覆蓋范圍均勻，耗水量小。噴頭1噴出的水霧與氣流方向呈20°～30°夾角，噴頭2噴出的水霧與氣流方向垂直，這樣微米級水霧與吸入除塵器內(nèi)的粉塵能充分混合，形成含塵水霧和水滴，提高了全塵和呼吸性粉塵的除塵效率。

（2）除塵板特點(diǎn)

除塵板以W形結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用多重過濾和碰撞方式來截留含塵水霧和水滴，提高了除塵效率。W形除塵板由除塵體、大孔篩網(wǎng)和提手組成，采用的是304不銹鋼材料，可達(dá)到免更換和減少維護(hù)費(fèi)用的目的，而且每塊除塵板上帶有提手，可以單獨(dú)從除塵器上面抽出，便于清洗。篩板孔面積達(dá)90%，含塵水霧多次在除塵體上過濾和撞擊，被除塵體截留，提高了除塵效率，同時多塊除塵板在除塵器箱體內(nèi)形成蛇形通道，減少了工作阻力，減小了電機(jī)的工作能耗和發(fā)熱，并達(dá)到均勻除塵。

二、除塵風(fēng)機(jī)的工作原理及應(yīng)用

1. 除塵原理

（1）慣性碰撞

含塵氣體在運(yùn)動過程中與水霧液滴相遇時，在液滴前氣流開始改變方向，繞著液滴流動。而慣性大的塵粒要繼續(xù)保持原有的直線運(yùn)動，和液滴發(fā)生碰撞。含塵液滴相互碰撞形成較大的液滴，含塵液滴與除塵板和氣水分離板發(fā)生碰撞被截留，截留后形成的污水經(jīng)排污口流出。

（2）擴(kuò)散

粒徑在0.1μm左右時，擴(kuò)散是塵粒運(yùn)動的主要因素。

2. 工作原理

除塵和氣水分離機(jī)理（見圖3）是將含塵空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)動力吸入粉塵收集器，在來流方向上設(shè)置的水噴霧器噴射出微米級的水霧，使粉塵濕潤、增重、凝集和滯留，便于除塵板捕捉除塵。同時噴霧器也對除塵板進(jìn)行噴霧，使除塵板上的除塵載體富集水分，便于吸附粉塵。由于除塵板為W形，因此含塵水霧在高速氣流的帶動下，多次撞擊和穿透除塵板，除塵載體將含塵水霧截留下來，流入排污槽，最后從除塵器輸出干凈、不含水分的空氣。

三、除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用效率對比分析及效益

1. 除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用效率

利用直讀式測塵儀對+1172m軌道石門掘進(jìn)使用除塵風(fēng)機(jī)前后的粉塵濃度進(jìn)行測定對比（見表1），由表中粉塵濃度數(shù)據(jù)顯示，未使用除塵風(fēng)機(jī)，綜掘機(jī)作業(yè)時全塵182mg/m3，呼塵62.6mg/m3；使用除塵風(fēng)機(jī)，并利用長壓短抽的原理降塵后，全塵為20.2mg/m3，呼塵11.6mg/m3。由此可見，全塵濃度下降了89%，呼塵濃度下降了81%，有效地降低了掘進(jìn)工作面掘進(jìn)期間的粉塵濃度，為作業(yè)人員職業(yè)健康和礦井安全生產(chǎn)提供了保障。

圖3 除塵和氣水分離機(jī)理

表1 粉塵濃度前后對照表

2. 經(jīng)濟(jì)效益

除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本低，效果顯著，能夠有效地降低作業(yè)期間的粉塵濃度，為作業(yè)人員提供良好的作業(yè)環(huán)境，對預(yù)防和減少塵肺病等職業(yè)病的發(fā)生具有重要作用，保證了職工的身體健康，同時，還能提高掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)速度，由此帶來了巨大的社會、經(jīng)濟(jì)及安全效益。

四、結(jié)論

清水營煤礦掘進(jìn)工作面采用濕式除塵風(fēng)機(jī)降塵法，使掘進(jìn)機(jī)處總粉塵降塵效率達(dá)到85%以上，呼吸性粉塵降塵效率達(dá)到80%以上，為礦井安全生產(chǎn)提供了可靠保障，并為其他煤礦綜掘工作面粉塵治理提供了有益參考。