綜掘巖巷工作面粉塵綜合治理技術(shù)研究

劉曉宇

【摘 要】 針對(duì)綜掘巖巷粉塵產(chǎn)生量大、噴霧降塵效果不佳等問(wèn)題，本文提出綜合使用綜掘機(jī)外噴霧系統(tǒng)、空氣幕封閉降塵技術(shù)以及化學(xué)降塵技術(shù)等對(duì)粉塵進(jìn)行治理，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)各項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，全塵、呼吸性粉塵濃度分別降低至15.4mg/m3、9.5mg/m3以內(nèi)，粉塵降幅分別達(dá)到97.0%、96.3%。綜合防塵技術(shù)應(yīng)用后顯著改善了掘進(jìn)迎頭環(huán)境質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 綜掘巖巷;粉塵治理;局部通風(fēng);除塵風(fēng)機(jī);空氣幕

【中圖分類號(hào)】 TD714 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）05-0009-02

綜掘可顯著提高巖巷掘進(jìn)效率并降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，但是掘進(jìn)迎頭粉塵產(chǎn)生量較炮掘方式明顯增加。巖塵中具有較高含量的SiO2，會(huì)給迎頭作業(yè)人員身體健康帶來(lái)較大威脅并增加綜掘設(shè)備磨損量?，F(xiàn)階段綜掘巷道常用的除塵方式包括超前注水、抽塵凈化、綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧降塵等，但是受到應(yīng)用條件限制，單一使用一種防治措施很難改善巖巷粉塵治理效果。本文以礦井13采區(qū)運(yùn)輸大巷掘進(jìn)為工程背景，針對(duì)綜掘巖巷粉塵產(chǎn)生特點(diǎn)，提出綜合性粉塵治理技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明可有效降低綜掘巖巷工作面粉塵濃度。

1工程概況

1.1掘進(jìn)巷道概況

13采區(qū)運(yùn)輸大巷沿著開(kāi)采的煤層底板下方約11.44m的泥巖頂板掘進(jìn)，巷道頂板為細(xì)砂巖、底板為泥巖。

13采區(qū)運(yùn)輸大巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，凈寬、凈高分別為5100mm、4150mm，巷道凈斷面積為21.165m2，使用型號(hào)EBZ318（H）懸臂式綜掘機(jī)破巖、皮帶輸送機(jī)出矸。

采用型號(hào)FBD2×30kW局部通風(fēng)機(jī)、配合φ800mm風(fēng)筒供風(fēng)，掘進(jìn)迎頭風(fēng)量約為320m3/min。

1.2 迎頭粉塵現(xiàn)狀

在13采區(qū)運(yùn)輸大巷掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)塵點(diǎn)集中在綜掘機(jī)破巖時(shí)，由于巖體密度大、節(jié)理以及孔隙不發(fā)育，導(dǎo)致粉塵產(chǎn)生量明顯高于煤巷，同時(shí)粉塵中呼吸性粉塵占比更高。掛有風(fēng)筒一側(cè)在風(fēng)壓以及風(fēng)流作用下，將大量高濃度粉塵壓至巷道頂?shù)装逡约傲硪粋?cè)位置;在局部通風(fēng)作用下迎頭粉塵會(huì)向外漂移，粉塵濃度由里向外呈逐漸增加趨勢(shì)。

2巖巷粉塵高效治理技術(shù)

2.1 綜掘機(jī)高效外噴霧系統(tǒng)

在截割懸臂上布置環(huán)形噴霧支架，在支架間隔一定距離安裝8個(gè)高效霧化噴嘴，噴嘴與截割頭間距控制在1.5m以內(nèi)。噴嘴工作時(shí)形成的噴霧可形成抑制粉塵擴(kuò)散的水幕，從而實(shí)現(xiàn)高效捕塵以及抑塵。具體綜掘機(jī)懸臂上外噴霧系統(tǒng)布置見(jiàn)圖1所示。

噴嘴是綜掘機(jī)外噴霧系統(tǒng)重要結(jié)構(gòu)單元，對(duì)噴霧降塵效果有顯著影響。選擇使用高效霧化噴嘴霧化技術(shù)參數(shù)為：可通過(guò)顆粒粒徑≥2mm、霧滴表面積（加權(quán)）平均粒徑≤75μm;2MPa水壓時(shí)噴霧霧化角≥85°，8MPa水壓時(shí)有效噴霧射程≥2m、消水量≤8L/min。

2.2 空氣幕除塵

采用空氣幕除塵技術(shù)可控制并降低掘進(jìn)迎頭粉塵，具體包括控塵技術(shù)以及抽塵凈化技術(shù)，除塵設(shè)備包括有負(fù)壓風(fēng)筒、除塵風(fēng)機(jī)、附壁風(fēng)筒等，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。

2.2.1 控制粉塵外溢

采用附壁風(fēng)筒將局部供風(fēng)全部或者絕大部分改為吹至巷道斷面及周壁的徑向風(fēng)流;在除塵風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)流作用下在巷道迎頭形成充滿整個(gè)斷面的并阻礙粉塵向外擴(kuò)散的氣幕，將截割頭破巖時(shí)產(chǎn)生的粉塵控制在空氣幕與迎頭巖壁間，達(dá)到降低粉塵外溢目的，降低粉塵對(duì)綜掘司機(jī)的影響并改善巷道內(nèi)空氣質(zhì)量。

附壁風(fēng)筒是形成徑向新鮮風(fēng)流氣幕關(guān)鍵，傳統(tǒng)的鋼質(zhì)或者鐵質(zhì)附壁風(fēng)筒具有重量重、移動(dòng)以及安全不方便等問(wèn)題。而高分子附壁風(fēng)筒具有質(zhì)量輕、抗靜電以及阻燃等特點(diǎn)，可大幅降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，故而在巷道迎頭使用。采用高分子材料附壁風(fēng)筒對(duì)風(fēng)流進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)使用的附壁風(fēng)筒長(zhǎng)度為1.7m，通過(guò)附壁風(fēng)筒側(cè)向出風(fēng)口以及內(nèi)部圓形擋板控制風(fēng)流方向，打開(kāi)圓形擋板后可將90%風(fēng)流流向改為徑向，剩余10%從軸向出風(fēng)口排出;關(guān)閉圓形擋板后則風(fēng)流100%由軸向排出。

2.2.2 抽塵凈化

抽塵凈化即為采用除塵風(fēng)機(jī)、負(fù)壓風(fēng)筒等對(duì)空氣幕控制的高濃度粉塵進(jìn)行處理。將負(fù)壓風(fēng)筒入口位置布置在綜掘司機(jī)前方0.5m以外處，風(fēng)筒直徑為500mm，除塵風(fēng)機(jī)型號(hào)為KS-400。將除塵風(fēng)機(jī)布置在帶式輸送機(jī)伸縮機(jī)尾處，隨著帶式輸送機(jī)前移而向前移動(dòng)，從而降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度;除塵風(fēng)機(jī)與綜掘機(jī)間間距控制在30～35m間。

2.3 化學(xué)除塵

噴霧降塵時(shí)普通軟化水受到表面張力較高等因素影響，難以將細(xì)微的巖塵有效、快速包裹并沉降，從而導(dǎo)致噴霧降塵效果不佳。根據(jù)13采區(qū)運(yùn)輸大巷掘進(jìn)時(shí)粉塵物SiO2含量高、顆粒小以及呼吸性粉塵占比高等特點(diǎn)，提出使用新型化學(xué)除塵劑進(jìn)行降塵，采用的除塵劑主要由陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及無(wú)機(jī)鹽等按照0.25%、0.15%、0.20%、0.10%而成。提出采用電動(dòng)除塵劑添加裝置實(shí)現(xiàn)新型化學(xué)除塵劑自動(dòng)、連續(xù)添加，具體裝置布置見(jiàn)圖3所示。

電動(dòng)除塵劑添加裝置結(jié)構(gòu)由計(jì)量泵、儲(chǔ)液罐、流量計(jì)、安全閥、壓力表、Y型過(guò)濾器等構(gòu)成，存儲(chǔ)在儲(chǔ)液罐內(nèi)的新型化學(xué)除塵劑通過(guò)Y型過(guò)濾器、流量計(jì)以及水表后進(jìn)入到計(jì)量泵內(nèi)，再通過(guò)計(jì)量泵加壓將新型化學(xué)除塵劑注入到噴霧降塵用水中;Y型過(guò)濾器主要用于過(guò)濾新型化學(xué)除塵劑中大顆粒雜質(zhì)，避免噴霧系統(tǒng)堵塞;流量計(jì)用以控制新型化學(xué)除塵劑添加量。

在噴霧降塵用水中添加新型化學(xué)除塵劑后，噴霧水表面張力≤30mN/m;沉降0.3g以內(nèi)粉塵耗時(shí)≤10s;10s后接觸角降低0°;相對(duì)于普通的軟化水降塵效率提升10%以上。

3 綜掘巖巷粉塵治理效果分析

綜合防塵技術(shù)在13采區(qū)運(yùn)輸大巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，具體應(yīng)用前后掘進(jìn)迎頭粉塵濃度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1所示。

從表1中看出，采用綜合粉塵防治技術(shù)后，掘進(jìn)迎頭位置粉塵濃度得以有效控制，除去掘進(jìn)迎頭外，其余工作人員活動(dòng)范圍內(nèi)全塵、呼吸性粉塵綜合降低率均值分別達(dá)到97.0%、96.3%;綜掘機(jī)破巖過(guò)程中綜掘司機(jī)位置全塵、呼吸性粉塵濃度分別控制在15.4mg/m3、9.8mg/m3以內(nèi)，產(chǎn)生的粉塵不會(huì)影響巷道掘進(jìn)，同時(shí)明顯降低了粉塵對(duì)作業(yè)人員身體健康影響。

4總結(jié)

文章提出在綜掘機(jī)懸臂上布置高效外噴霧系統(tǒng)，通過(guò)使用新型噴嘴將綜掘機(jī)破巖過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵控制在截割頭附近，并降低粉塵外溢量;使用空氣幕除塵技術(shù)將高濃度粉塵控制在綜掘司機(jī)前方并使用濕式除塵風(fēng)機(jī)對(duì)粉塵進(jìn)行集中治理;使用化學(xué)除塵技術(shù)改善噴霧用水除塵效率。

在巷道現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，掘進(jìn)迎頭位置全塵、呼吸性粉塵降幅分別為81.5%、81.8%，其余的作業(yè)人員頻繁活動(dòng)區(qū)全塵、呼吸性粉塵降幅分別為97.0%、96.3%，粉塵防治效果顯著。

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