綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐 日，呂純濤，王 強(qiáng)

(山西朔州平魯區(qū)龍礦大恒煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的高速發(fā)展，煤炭行業(yè)的機(jī)械化水平不斷提高，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)也伴隨著嚴(yán)重的粉塵污染問(wèn)題[1]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，采用濾膜計(jì)重法對(duì)不采取任何防塵措施情況下的綜放工作面粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定，礦井中個(gè)別作業(yè)地點(diǎn)的瞬時(shí)總塵濃度可高達(dá)2 000～3 000 mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了《煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)病危害防治》規(guī)定的4 mg/m3的加權(quán)平均容許濃度值[2]。雖然煤礦也采取了一些積極有效的措施防治粉塵，例如采煤機(jī)內(nèi)外噴霧、支架噴霧等措施，但是在支架架間等一些作業(yè)人員密集的區(qū)域，粉塵濃度依然過(guò)高[3]。因此，本文針對(duì)截割粉塵由采煤空間向架前、人行道等作業(yè)人員密集區(qū)域的擴(kuò)散運(yùn)移規(guī)律，基于噴嘴水射流卷吸機(jī)理，設(shè)計(jì)了一種適用于綜放工作面液壓支架架間的負(fù)壓卷吸裝置，并在大恒煤礦41108綜放工作面進(jìn)行了工程應(yīng)用。

1 工作面概況

41108綜放工作面位于一采區(qū)，走向長(zhǎng)度400 m，傾斜長(zhǎng)度200 m，開采4-1號(hào)煤，煤層厚度為5.80～18.81 m，平均10.28 m，傾角平均3°左右，屬全區(qū)穩(wěn)定可采的厚煤層。該煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸0～5層，夾矸巖性多為高嶺巖、炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖。煤層頂板為中砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板為中細(xì)粉砂巖、泥巖。在液壓支架的選取上考慮了盡量增大放煤空間的ZF7600/18/35型放頂煤中部液壓支架，支架中心距為1.5 m。割煤時(shí)截齒截割以及支架移架的過(guò)程中破碎的煤層和巖層下落會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，粉塵隨風(fēng)流擴(kuò)散到工作面和支架人行道側(cè)，污染工作環(huán)境。

2 負(fù)壓卷吸裝置的設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 噴嘴的優(yōu)選

對(duì)優(yōu)選后噴嘴的常規(guī)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，最終選用了孔徑1.6 mm的含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴，該噴嘴在4 MPa的壓力下，霧化角為122.9°，有效射程達(dá)到3.3 m，霧化封閉尺寸(長(zhǎng)×寬×高)最大可以達(dá)到5.7 m×4.6 m×3.1 m，完全達(dá)到綜放工作面移架噴霧的要求，另外該噴嘴耗水量較少，為3.41 L/min，滿足綜放面工程應(yīng)用的要求[4]。實(shí)驗(yàn)中噴霧實(shí)際效果如圖1所示。

圖1 噴霧實(shí)際效果

2.2 負(fù)壓卷吸裝置的設(shè)計(jì)

本裝置主要包括霧化噴嘴組和卷吸除塵罩，能夠利用噴嘴組噴霧時(shí)產(chǎn)生的噴射氣流，對(duì)支架頂梁上端和側(cè)端的含塵氣流起到有效的卷吸作用。圖2和圖3分別是綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置的實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)示意，裝置上端的安裝環(huán)、螺絲起到安裝固定的作用，裝置前端設(shè)置有3個(gè)霧化噴嘴，產(chǎn)生密集的水幕阻隔粉塵[5]。裝置的側(cè)端和后端分別設(shè)置有兩個(gè)卷吸口，裝置全長(zhǎng)0.39 m，側(cè)端的卷吸口長(zhǎng)0.06 m、寬0.04 m，后端的卷吸口長(zhǎng)0.11 m、寬0.05 m。另外可以通過(guò)調(diào)節(jié)固定裝置改變其噴嘴組的出霧角度。

圖2 負(fù)壓卷吸裝置實(shí)物

圖3 負(fù)壓卷吸裝置結(jié)構(gòu)示意

2.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝方式

如圖4所示，使用時(shí)將安裝環(huán)固定在液壓支架的頂梁處，通過(guò)調(diào)節(jié)固定裝置的朝向改變噴嘴組出霧的朝向。水泵通過(guò)加水口與噴嘴組連接，工作時(shí)控制裝置前端的噴嘴組進(jìn)行噴霧，形成高密度的霧滴場(chǎng)，和割煤、移架和放煤時(shí)產(chǎn)生的煤塵快速的碰撞、沉降，來(lái)完成降塵。另外卷吸口起到了負(fù)壓吸塵的作用，工作時(shí)由于高壓引射氣流的作用從而產(chǎn)生高強(qiáng)度的負(fù)壓場(chǎng)，有效地覆蓋了移架間的區(qū)域[6]。

圖4 負(fù)壓卷吸裝置安裝示意

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

將設(shè)計(jì)的綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置應(yīng)用于大恒煤礦41108綜放工作面，并測(cè)定了使用該裝置前后工作面不同位置的粉塵濃度。測(cè)點(diǎn)布置分別為：測(cè)點(diǎn)1為移架頂梁處，測(cè)點(diǎn)2為采煤機(jī)位置處，測(cè)點(diǎn)3為移架間的人行道處，測(cè)點(diǎn)4為放煤點(diǎn)[7]。通過(guò)對(duì)以上測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三次測(cè)定取平均值獲得最終的粉塵濃度結(jié)果。圖5是使用負(fù)壓卷吸裝置前后不同測(cè)點(diǎn)全塵濃度結(jié)果，圖6是使用綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置前后不同測(cè)點(diǎn)呼塵濃度結(jié)果。

圖5 使用裝置前后不同測(cè)點(diǎn)全塵濃度

圖6 使用裝置前后不同測(cè)點(diǎn)呼塵濃度

由圖5、6可知，工作面在采取普通噴霧條件下，移架頂梁處、采煤機(jī)位置處、移架間的人行道處以及放煤點(diǎn)處的全塵和呼塵濃度的最高值分別達(dá)到了179.4 mg/m3、349.3 mg/m3、174.1 mg/m3、262.3 mg/m3和89.3 mg/m3、196.6 mg/m3、81.6 mg/m3、114.2 mg/m3；在應(yīng)用了綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置后，上述測(cè)點(diǎn)的全塵和呼塵濃度依次降低到56.3 mg/m3、103.3 mg/m3、66.7 mg/m3、78.3 mg/m3和16.5 mg/m3、48.8 mg/m3、15.2 mg/m3、26.3 mg/m3，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的全塵平均降塵率可達(dá) 67.6%，呼塵平均降塵率達(dá) 78.8%，粉塵污染問(wèn)題得到了很大程度上的改善。結(jié)果表明，綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置可以有效降低移架時(shí)支架人行道的粉塵濃度，防治粉塵向外擴(kuò)散，提高了噴霧降塵的效率，保障了礦井的安全生產(chǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)支架架間粉塵濃度過(guò)高的問(wèn)題，基于噴射氣流的卷吸機(jī)理，設(shè)計(jì)了一款由噴嘴組和負(fù)壓卷吸罩組成的綜放移架塵源負(fù)壓卷吸裝置，通過(guò)在大恒煤礦41108綜放工作面應(yīng)用后，工作面的粉塵濃度均有不同程度的降低，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的全塵平均降塵率為67.6%、呼塵平均降塵率為78.8%，工作面、尤其是移架間的人行道區(qū)域降塵效果明顯，工作環(huán)境得到了很大程度的改善。