綜掘工作面長壓短抽通風除塵方法的改進設(shè)計

范鵬飛，張海軍，劉喜亮，冉 川，黎 志

(1．陜西匯森涼水井礦業(yè)有限責任公司，陜西神木 719319;2．中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

0 引言

綜合機械化掘進工作面粉塵濃度大，是煤礦粉塵防治的重點和難點。目前的主要治理技術(shù)有噴霧降塵［1-2］、泡沫除塵［3-5］以及長壓短抽通風除塵［6］等。涼水井煤礦曾采用泡沫除塵及噴霧降塵技術(shù)，但由于泡沫除塵成本較高，噴霧降塵用水量大，對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境影響較大，未能得到推廣應(yīng)用。經(jīng)過考察長壓短抽通風除塵技術(shù)在其它礦井的應(yīng)用［7-12］，針對涼水井煤礦綜掘工作面的實際條件，摸索了一套適合與該礦綜掘工作面工藝相配套的通風除塵系統(tǒng)。實踐證明可將掘進工作面的生產(chǎn)性粉塵濃度降低90%以上。

1 綜掘工作面概況

試驗掘進工作面煤層屬堅硬煤層，未進行預(yù)注水工藝(含水率4% ～5%)。掘進巷道寬4．8 m，高3．25 m，采用三一重工EBZ-160懸臂式掘進機截割落煤，全斷面一次成巷施工方法。機尾跟隨橋式轉(zhuǎn)載機長約20 m，供風選用兩臺FBDNo7．1/2×37局部對旋通風機(一用一備，吸風量480～740 m3/min)，實際供風量約為430 m3/min。巷道頂板及兩幫比較平整，成型較好。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，主要塵源點為掘進機滾筒截割產(chǎn)塵、塊煤落塵，風筒出風口的高速風流將煤壁及底板已經(jīng)沉降的落塵揚起，產(chǎn)生二次揚塵，距離作業(yè)面15 m附近，粉塵已經(jīng)擴散至整個巷道，現(xiàn)場能見度低。正常生產(chǎn)過程中，實測掘進機尾5 m位置的生產(chǎn)性粉塵濃度最高達515 mg/m3，平均441 mg/m3。

2 長壓短抽通風除塵技術(shù)

常規(guī)長壓短抽通風除塵技術(shù)主要是在原通風條件下，通過增加抽塵系統(tǒng)將作業(yè)面含塵氣流進行凈化處理，最終達到降低作業(yè)面粉塵的目的。該技術(shù)對掘進作業(yè)面粉塵的降塵效率僅有50% ～70%，降塵效果有限。主要原因是壓風風流相對速度較快，粉塵不能全部被抽塵系統(tǒng)吸入，一部分粉塵經(jīng)掘進機最終擴散至整個后部巷道。

針對以上情況，在長壓短抽技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加附壁風筒控塵技術(shù)將作業(yè)面粉塵控制在掘進機司機前方與迎頭范圍內(nèi)，再經(jīng)抽塵系統(tǒng)的吸風作用將迎頭產(chǎn)生的粉塵進行處理，其作用原理如圖1所示。

圖1 長壓短抽通風除塵技術(shù)原理圖

從以上分析可知，該技術(shù)的關(guān)鍵部分有4個方面:①集塵罩;②負壓風筒;③除塵器;④附壁風筒。

3 長壓短抽通風除塵系統(tǒng)設(shè)計

3．1 集塵罩設(shè)計

集塵罩主要作為整個抽塵系統(tǒng)的吸塵口，應(yīng)將吸塵口靠近塵源點作為設(shè)計的主要原則。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，集塵罩應(yīng)布置于掘進機機面上，為減少對司機作業(yè)影響，設(shè)計為扁平型，并處于司機位置異側(cè)，現(xiàn)場布置情況如圖2所示。

集塵罩設(shè)主、側(cè)吸塵口，主吸塵口方向面向迎頭，含塵氣流主要從該處吸入。側(cè)吸塵口位于集塵罩側(cè)面，吸入掘進機側(cè)面附近風流，以防止含塵氣流涌入巷道內(nèi)。

圖2 集塵罩設(shè)計布置圖

3．2 負壓風筒設(shè)計

抽塵風筒主要包括復(fù)合材料風筒、負壓風筒和變接頭風筒。

負壓風筒設(shè)計布置于橋式轉(zhuǎn)載機上，為保證一定的過風斷面，以及在正常掘進過程中不刮蹭錨桿或錨索，經(jīng)多次改進形成如圖3所示的布置圖。該風筒采用剛性材料制作，斷面呈矩形，有效解決了負壓風筒與現(xiàn)場的配套問題，風筒性能穩(wěn)定且不影響現(xiàn)場正常的生產(chǎn)，其可靠性和適用性均得到滿足。受掘進機前后移動影響，轉(zhuǎn)載點位置風筒易磨損，且存在相對位置變化，因此設(shè)計采用復(fù)合材料軟質(zhì)風筒，保證抽塵風筒的整體連接，該風筒外具有耐磨損性，提高了其使用壽命。

圖3 抽塵風筒的布置圖

3．3 除塵器的設(shè)計

根據(jù)工程經(jīng)驗，除塵器風量一般為供風量的60%～85%左右，按實際供風量430 m3/min計算，則除塵器處理風量范圍為258～365．5 m3/min。

抽塵風筒加工完成后，在實驗室內(nèi)完成與除塵器連接，通過測試系統(tǒng)阻力約為3 500 Pa，KCS-450D-Ⅱ除塵器型的處理風量為356 m3/min，符合處理風量范圍。對比風機的風量－負壓曲線除塵器屬于正常工作范圍。除塵器脫水段采用高效波紋板脫水，附加降噪設(shè)計，使得除塵器運行時噪音小，經(jīng)實驗室檢測83．6 Db，該除塵器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

除塵器安裝在承載車上，承載車與橋式轉(zhuǎn)載機通過連接裝置實現(xiàn)聯(lián)機移動，從而使現(xiàn)場除塵器移動無需其它動力，降低工人勞動強度。

圖4 KCS-450D-Ⅱ型除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

3．4 附壁風筒的設(shè)計

附壁風筒主要是將作業(yè)面粉塵控制在掘進機司機前方與迎頭范圍之間，因此，一方面減少吹向迎頭的軸向風流，另一方面增加徑向風流，讓新鮮風流從巷道內(nèi)吹向迎頭，從而使工作面粉塵得到控制。因此，設(shè)計沿供風風筒的徑向方向開圓形孔，開孔總面積與軸向截面積需相等。應(yīng)采用軟質(zhì)材料制作風筒，同時考慮到現(xiàn)場作業(yè)循環(huán)進尺為4 m，風筒長度應(yīng)制作為5 m/節(jié)，以方便生產(chǎn)接續(xù)。

4 應(yīng)用效果

現(xiàn)場完成長壓短抽通風除塵系統(tǒng)的安裝與調(diào)試后，形成的系統(tǒng)見圖5?，F(xiàn)場采用CCZ20呼吸性采樣器測試了系統(tǒng)應(yīng)用前后的粉塵濃度，結(jié)果見表1，測試點分別為司機位置，機尾5 m，機尾35 m的總粉塵濃度。圖6為掘進機機尾5 m處濾膜實物圖。

表1 粉塵濃度測試表

圖5 改進型長壓短抽系統(tǒng)圖

圖6 測試掘進機機尾5 m濾膜實物圖

5 結(jié)論

(1)改進后的長壓短抽通風除塵系統(tǒng)在該礦綜掘工作面降塵效果明顯，使用方便，運行可靠耐用，附加工作量少，掘進機機尾至后巷能見度增大，視野清晰，總粉塵降塵效率在92．5%以上，掘進機機尾后方粉塵濃度控制在30 mg/m3以內(nèi)，與未安裝該系統(tǒng)對比，極大地改善了工作面的作業(yè)條件。

(2)配套用除塵器噪聲小，除塵效率高，負壓高，除塵器與掘進機的配套方式合理，可隨機聯(lián)動，操作簡單。

(3)整套系統(tǒng)循環(huán)作業(yè)勞動強度低，現(xiàn)場使用方便。