綜掘工作面綜合防塵技術(shù)的應(yīng)用

張丙泉

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

1 工程概況

兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦井田面積59.960 6 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力750萬(wàn)t/a，煤炭生產(chǎn)為綜合機(jī)械化采煤。該礦井下掘進(jìn)大部分為長(zhǎng)距離綜掘工作面，掘進(jìn)距離一般為3000～5500 m，且多為半煤巖、煤巷掘進(jìn)，井下采掘作業(yè)點(diǎn)多，產(chǎn)塵環(huán)節(jié)多。為加強(qiáng)礦井粉塵防治工作，通過(guò)應(yīng)用與探索，總結(jié)出一套適合該礦生產(chǎn)實(shí)際的綜掘工作面粉塵治理成套技術(shù)，井下掘進(jìn)工作面粉塵濃度大幅度降低[1-2]。

2 綜掘工作面綜合防塵治理成套技術(shù)

2.1 掘進(jìn)工作面除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵

東灘煤礦以往掘進(jìn)機(jī)采用內(nèi)外噴霧、通風(fēng)排塵、加裝高壓噴霧等傳統(tǒng)降塵技術(shù)，降塵效果不太理想。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了在綜掘工作面迎頭采取除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵方案。其除塵系統(tǒng)如圖1。

圖1 “長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵系統(tǒng)示意圖

（1）設(shè)備。KCS500Z智能型濕式除塵風(fēng)機(jī)+KCC-500D礦用干式除塵風(fēng)機(jī)。

（2）布置。在綜掘工作面迎頭采用設(shè)置除塵風(fēng)機(jī)+負(fù)壓風(fēng)筒和工作面壓入式風(fēng)筒的“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵布置方式。

（3）實(shí)施。將除塵風(fēng)機(jī)固定在距迎頭40～80 m處巷道的皮帶導(dǎo)軌架上，負(fù)壓除塵風(fēng)筒的吊掛采用專用滑軌吊掛，自除塵風(fēng)機(jī)處將負(fù)壓除塵風(fēng)筒沿巷道一側(cè)向前延接，保持吸風(fēng)口距工作面迎頭3～5 m范圍，實(shí)施“源頭吸塵”。綜掘工作面壓入式局部通風(fēng)機(jī)選用2 kW×45 kW以上大功率對(duì)旋局扇，使掘進(jìn)迎頭供風(fēng)量大于除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，確保除塵風(fēng)機(jī)不發(fā)生循環(huán)風(fēng)并保證重疊段風(fēng)速符合規(guī)程要求，壓入式風(fēng)簡(jiǎn)出口距掘進(jìn)迎頭保持20～30 m的距離。

（4）控風(fēng)技術(shù)。在壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口設(shè)置旋流器或附壁風(fēng)筒，使風(fēng)筒出風(fēng)流垂直巷道走向沿巷道輪廓線旋轉(zhuǎn)射向工作面，在距迎頭20～30 m處形成空氣幕，防止工作面迎頭粉塵向外擴(kuò)散，使得掘進(jìn)迎頭含塵氣流被封鎖在迎頭局部域，不斷地被吸入除塵器，經(jīng)除塵器凈化后排至后巷。

2.2 綜掘機(jī)外噴霧降塵系統(tǒng)的優(yōu)化改造

一般綜掘機(jī)配套的4個(gè)外噴霧組件的噴頭角度固定，噴霧射流射程短，且霧化效果不理想，在綜掘機(jī)切割、裝渣過(guò)程中很難做到噴霧水幕包裹綜掘機(jī)切割部。針對(duì)這一防塵問(wèn)題，將綜掘機(jī)伸縮部上部的兩個(gè)噴霧組改造為環(huán)繞伸縮部的半圓形雙層噴霧組，調(diào)整安裝位置，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)所需將半圓形雙層噴霧組的噴頭更換為可調(diào)節(jié)噴霧方式的負(fù)壓誘導(dǎo)降塵噴頭，而且噴頭角度在加工噴頭底座時(shí)均沿半圓上調(diào)5°～10°，通過(guò)角度調(diào)節(jié)噴霧射流方式將綜掘機(jī)切割部的外側(cè)范圍全部包裹，攔截和捕降切割產(chǎn)生的粉塵，從產(chǎn)塵源頭防止粉塵外逸，減少進(jìn)入巷道風(fēng)流的粉塵量，達(dá)到源頭控塵的目的。

對(duì)綜掘機(jī)防塵及冷卻供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，加裝YBS90/150-85型綜掘機(jī)外噴霧增壓泵，能夠解決井下掘進(jìn)靜壓供水管理的水壓不足問(wèn)題。該泵體積小，安裝及操作方便，通過(guò)液壓傳動(dòng)，供水壓力最高可達(dá)16 MPa，正常使用過(guò)程中一般調(diào)整為6～8 MPa，使綜掘機(jī)外噴霧的霧化除塵效果得到了質(zhì)的提升。

配合除塵風(fēng)機(jī)“長(zhǎng)壓短抽”控風(fēng)除塵技術(shù)，實(shí)施綜掘機(jī)外噴霧裝置、供水系統(tǒng)改造和增壓泵高壓噴霧后，綜掘工作面50 m范圍的降塵率明顯提高。

2.3 綜掘機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)及后配套皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)封閉噴霧除塵技術(shù)

綜掘機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)及后配套皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)的落差一般在0.5～1.0 m之間，運(yùn)輸掘進(jìn)煤矸自轉(zhuǎn)載點(diǎn)拋出及碰撞下運(yùn)皮帶所產(chǎn)生的粉塵量，可導(dǎo)致后巷風(fēng)流中的粉塵濃度明顯增加。東灘礦在原來(lái)僅設(shè)置轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧措施的基礎(chǔ)上，依照各運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)機(jī)尾的尺寸加工制作了封閉轉(zhuǎn)載機(jī)尾及落矸點(diǎn)的防塵罩。防塵罩內(nèi)安裝配置2～3處可調(diào)節(jié)噴頭的轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧，防塵罩加裝10～15 cm寬外延，采用一種長(zhǎng)度可隨落差進(jìn)行調(diào)節(jié)的廢舊皮帶條進(jìn)一步進(jìn)行封堵，將運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)塵源與巷道風(fēng)流隔離，實(shí)現(xiàn)了“塵源封閉除塵”，降塵率可提高15%左右。轉(zhuǎn)載點(diǎn)封閉防塵罩內(nèi)的轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧供水采用撞桿式機(jī)械閥門(mén)控制噴霧供水或采用“振動(dòng)感應(yīng)傳感器+自動(dòng)噴霧裝置+電磁閥”的控制方式，可隨運(yùn)輸皮帶的啟停而自動(dòng)噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操控、自動(dòng)化操作、簡(jiǎn)便提效。

2.4 自動(dòng)紗網(wǎng)門(mén)捕塵技術(shù)

在掘進(jìn)工作面后巷距離迎頭200 m范圍內(nèi)，安裝1組兩道的全斷面?zhèn)乳_(kāi)推拉式捕塵紗網(wǎng)門(mén)和水幕。兩道紗網(wǎng)門(mén)間距以20～30 m為宜，每道紗網(wǎng)門(mén)的迎風(fēng)側(cè)20～500 mm處配置全斷面單管凈化水幕，將水霧噴向紗網(wǎng)，起到全斷面濕潤(rùn)紗網(wǎng)和捕捉來(lái)自掘進(jìn)迎頭風(fēng)流粉塵的作用，提高降塵效率。掘進(jìn)工作面每推進(jìn)100 m左右紗網(wǎng)門(mén)前移1次，安裝位置應(yīng)盡可能鄰近掘進(jìn)迎頭，可實(shí)現(xiàn)降塵率提高20%左右。

紗網(wǎng)門(mén)配套的單管凈化水幕的供水系統(tǒng)使用“DFB7/20礦用隔爆型電動(dòng)球閥+自動(dòng)噴霧裝置+紅外線感應(yīng)傳感器”控制，通過(guò)采用“自動(dòng)噴霧控制器+3R/4R系列多路換向氣閥”的方式，控制安裝在紗網(wǎng)門(mén)的氣動(dòng)推桿來(lái)實(shí)現(xiàn)紗網(wǎng)門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。整個(gè)自動(dòng)紗網(wǎng)門(mén)的開(kāi)啟是通過(guò)設(shè)置在每道防塵紗網(wǎng)門(mén)前后各10 m處的紅外線人體感應(yīng)傳感器來(lái)觸控的。

正常情況下自動(dòng)噴霧系統(tǒng)屬于常開(kāi)狀態(tài)，自動(dòng)紗網(wǎng)門(mén)控制系統(tǒng)為常閉狀態(tài)，連接自動(dòng)噴霧系統(tǒng)的供水和連接啟動(dòng)推桿的供風(fēng)為常開(kāi)通暢狀態(tài)。當(dāng)紅外線感應(yīng)傳感器感應(yīng)到無(wú)軌膠輪車和行人在紗網(wǎng)門(mén)前時(shí)，紅外線感應(yīng)傳感器發(fā)出指令使噴霧系統(tǒng)供水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉、噴霧停止，而此時(shí)自動(dòng)紗門(mén)收到打開(kāi)指令，利用風(fēng)壓通過(guò)多路換向閥和氣缸使紗網(wǎng)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟、噴霧自動(dòng)停止灑水，待車輛或行人通過(guò)，其控制系統(tǒng)開(kāi)啟的延時(shí)時(shí)間0～120 s可調(diào)，當(dāng)車輛通過(guò)后延時(shí)開(kāi)啟噴霧、關(guān)閉紗門(mén)，通行無(wú)障礙，避免噴霧影響司機(jī)的行車視線。車輛或行人前方的第二道捕塵紗網(wǎng)門(mén)也依照此方式通過(guò)。待設(shè)置的延時(shí)時(shí)間過(guò)后紗網(wǎng)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉、凈化水幕自動(dòng)開(kāi)啟，紗網(wǎng)門(mén)恢復(fù)正常捕塵使用狀態(tài)，期間必須保持防塵供水管路暢通。

2.5 裝備PS51-J型濕式除塵噴漿機(jī)

該機(jī)裝備了上下溢氣、轉(zhuǎn)子摩擦板漏氣收集及導(dǎo)出裝置，杜絕粉塵外排。抽屜式積灰容器清理方便，多層環(huán)狀加水噴頭系統(tǒng)保證混合均勻，大幅度降低噴漿作業(yè)產(chǎn)塵。同時(shí)，在噴漿作業(yè)點(diǎn)后20～80 m范圍安裝不少于2道凈化水幕，方便移設(shè)和使用，有效降低了噴漿作業(yè)的產(chǎn)塵。也可在噴漿點(diǎn)后安裝活動(dòng)式捕塵網(wǎng)，形成對(duì)噴漿產(chǎn)塵的捕塵屏障。一般噴漿作業(yè)地點(diǎn)均在距掘進(jìn)巷道迎頭200 m范國(guó)以內(nèi)，即在自動(dòng)紗網(wǎng)門(mén)迎風(fēng)側(cè)，可同時(shí)兼顧捕捉噴漿粉塵的作用。

2.6 巷道風(fēng)流凈化技術(shù)

為凈化掘進(jìn)后巷風(fēng)流，在掘進(jìn)巷道回風(fēng)口20 m附近的綜掘巷道內(nèi)，以“全斷面風(fēng)流凈化水幕跨皮帶防水罩+皮帶底噴霧+自動(dòng)噴霧裝置“的成套方式構(gòu)建掘進(jìn)后巷的風(fēng)流凈化除塵設(shè)施。該凈化設(shè)施以皮帶振動(dòng)傳感器或紅外線人體感應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，巷道行駛膠輪車或行人通過(guò)該防塵設(shè)施時(shí)，風(fēng)流凈化水幕和皮帶底噴霧可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)全斷面潔凈巷道風(fēng)流，降低膠輪車煙塵和巷道風(fēng)流粉塵。

針對(duì)巷道風(fēng)流中粉塵濃度的大小和皮帶啟停期間振動(dòng)揚(yáng)塵的實(shí)際情況，風(fēng)流凈化水幕既可加工制作為單管水幕，也可加工為組合式防塵水幕墻，皮帶底噴霧可另加裝閥門(mén)僅在皮帶啟動(dòng)環(huán)節(jié)使用，節(jié)約噴霧耗水量，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用可使風(fēng)流中粉塵的降塵效果提升10%左右。

對(duì)于長(zhǎng)距離掘進(jìn)巷道的巷道風(fēng)流凈化，以巷道回風(fēng)口處的“風(fēng)流凈化水幕+跨皮帶防水罩+皮帶底噴霧+自動(dòng)噴霧裝置”的成套裝置為起點(diǎn)，按照每500 m一組的安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，可有效凈化掘進(jìn)巷道后巷風(fēng)流的二次揚(yáng)塵，使巷道空氣清新涼爽。

2.7 噴霧裝備自動(dòng)化控制技術(shù)

通過(guò)在皮帶架上安裝振動(dòng)傳感器或在巷道距防塵噴霧設(shè)施10～20 m處安裝紅外線感應(yīng)傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采掘工作面、皮帶運(yùn)輸線的自動(dòng)控制。在取電不便的運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)，安裝撞桿式機(jī)械控制閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載噴霧的自動(dòng)噴霧控制。東灘煤礦井下巷道總長(zhǎng)約150 km，井上下共安裝各類皮帶60余條，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧控制技術(shù)，能解決噴霧設(shè)施需要人工開(kāi)停、與生產(chǎn)不能同步、水資源浪費(fèi)等諸多問(wèn)題。礦井目前正在研究將進(jìn)回風(fēng)順槽所有防塵設(shè)施的開(kāi)停信息納入同一個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，由1個(gè)信號(hào)控制多個(gè)主機(jī)，實(shí)施整個(gè)采掘工作面運(yùn)輸線聯(lián)動(dòng)噴霧的技術(shù)改造。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)防塵與生產(chǎn)同步、節(jié)水降耗、智能噴霧、減人提效等具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3 成效分析

東灘煤礦積極研究探索和推廣應(yīng)用礦井綜合防塵技術(shù)，礦井粉塵治理工作取得理想效果。綜掘工作面迎頭切割粉塵濃度由187.62 mg/m3下降至47.79 mg/m3，除塵率提高至69.30%；綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶后粉塵濃度由23.71 mg/m3下降至22.7 mg/m3，降塵率提高至89.38%；掘進(jìn)皮帶運(yùn)輸線粉塵濃度由2.29 mg/m3下降至1.39 mg/m3，除塵率提高至42.25%。礦井各綜掘工作面推廣應(yīng)用以上除塵技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)后，除綜掘工作面掘進(jìn)切割作業(yè)期間綜掘機(jī)司機(jī)位置和噴漿作業(yè)期間噴漿機(jī)回風(fēng)側(cè)10 m范圍內(nèi)的粉塵濃度時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象外，自綜掘機(jī)司機(jī)位到掘進(jìn)巷口段的回風(fēng)流段各地點(diǎn)平均粉塵濃度均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。