綜掘工作面活性磁化水降塵技術(shù)與試驗(yàn)

岳 鵬 韓曉莉

（1.山西大平煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046203；2.山西惠豐特種汽車有限公司，山西 長(zhǎng)治 046203）

在煤炭開采過程中，尤其是在掘進(jìn)工作面，其粉塵濃度單位立方米達(dá)上百毫克，甚至上千毫克，大大超過了《煤礦安全規(guī)程》中要求的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)。高濃度粉塵直接影響煤礦的安全高效生產(chǎn)，同時(shí)會(huì)誘發(fā)塵肺病，危害礦工生命健康安全[1-5]。大平煤業(yè)3111 工作面回風(fēng)順槽采用綜掘機(jī)施工，掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，因此，針對(duì)性地開展綜掘工作面粉塵防治技術(shù)研究十分必要。

1 工程概況

大平煤業(yè)3111 工作面位于+650 m 水平一采區(qū)，開采3#煤層。工作面開采標(biāo)高+404～+535 m，其開采范圍內(nèi)煤層平均厚度6.19 m，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參差狀斷口，玻璃光澤，以亮煤為主，光亮型，硬度0.37～1.5。煤質(zhì)工業(yè)指標(biāo)參數(shù)見表1。煤層老頂為細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度10.3 m；直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.7 m；直接底為泥巖，平均厚度4.95 m；老底為細(xì)粒砂巖，平均厚度3.7 m。大平煤業(yè)3111 工作面回風(fēng)順槽沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)主要斷面為矩形斷面，巷道凈寬4.5 m，凈高3.15 m。

表1 煤質(zhì)工業(yè)指標(biāo)參數(shù)

2 綜掘面粉塵來源分析

掘進(jìn)工作面粉塵主要由煤體破碎過程、運(yùn)輸途中產(chǎn)生，而且隨著煤礦機(jī)械化程度不斷提高，尤其是大功率掘進(jìn)機(jī)在煤層巷道掘進(jìn)中的推廣應(yīng)用，其破碎能力大幅度提高，煤體破碎過程產(chǎn)生的粉塵也隨之增加。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及相關(guān)資料顯示，掘進(jìn)工作面粉塵主要由以下幾部分組成：

（1）掘進(jìn)機(jī)截割頭破煤時(shí)。煤體在截割頭作用下粉碎并產(chǎn)生大量粉塵顆粒，轉(zhuǎn)速越高、推進(jìn)深度越大，產(chǎn)生的粉塵顆粒越多。研究表明，掘進(jìn)機(jī)截割頭破煤產(chǎn)生的粉塵占整體的60%以上。

（2）巷道支護(hù)時(shí)。采用風(fēng)鉆工藝鉆進(jìn)錨桿及錨索鉆孔時(shí)，鉆機(jī)鉆頭高速截割煤體，也產(chǎn)生大量粉塵顆粒。

（3）破碎煤體運(yùn)輸時(shí)。截割后的破碎煤體采用皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)，在風(fēng)流作用下，破碎煤體表面吸附的粉塵顆粒飛揚(yáng)。在運(yùn)輸轉(zhuǎn)載地點(diǎn)，由于轉(zhuǎn)載高差，導(dǎo)致粉塵飛揚(yáng)。

綜上所述，掘進(jìn)機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵顆粒是掘進(jìn)工作面粉塵的主要來源，因此在粉塵防治中，應(yīng)著重對(duì)該塵源進(jìn)行治理。

3 綜掘面活性磁化水降塵技術(shù)

活性磁化水降塵技術(shù)是采用活性添加劑，利用親水基、親油基改變水的濕潤(rùn)性能，同時(shí)通過磁場(chǎng)磁化作用破壞水分子氫鍵結(jié)構(gòu)，改變活性添加劑在水中的吸附形式，利用磁場(chǎng)磁化和活性添加劑的耦合作用，加強(qiáng)噴霧凝聚粉塵的能力[6]，從而實(shí)現(xiàn)粉塵的有效防治。為了充分發(fā)揮活性磁化水的降塵能力，針對(duì)綜掘面狹小空間環(huán)境，構(gòu)建綜掘面活性磁化水降塵技術(shù)。

3.1 活性磁化水制備系統(tǒng)與工藝

活性磁化水制備系統(tǒng)主要包括供給裝置、混合裝置、加壓裝置、磁化裝置及噴霧降塵裝置?；钚源呕苽涔に嚵鞒倘鐖D1，具體流程如下：

圖1 活性磁化水制備工藝流程圖

（1）制備濃度為3%活性添加劑濃溶液作為供給源。根據(jù)綜掘面降塵需水量，計(jì)算制備濃度為0.03%活性添加劑溶液所需要的供給源（濃溶液），利用供給裝置具備定量泵與流量計(jì)精確控制所需供給的活性添加劑濃溶液量。

（2）將降塵管路與井下供水管路連接，通過混合裝置連接供給裝置與供水管路，將活性添加劑濃溶液與降塵用水在過混合裝置中充分混合，形成濃度為0.03%活性添加劑溶液。

（3）采用加壓裝置將濃度為0.03%活性添加劑溶液加壓至5 MPa 左右，以保證溶液的霧化及磁化要求，將具備一定壓力的活性添加劑溶液通過磁化裝置進(jìn)行磁化，制備濃度為0.03%活性添加劑磁化溶液。

（4）將濃度為0.03%活性添加劑磁化溶液通過耐壓膠管連接至噴霧降塵裝置，通過噴霧降塵裝置活性添加劑磁化溶液霧化，形成相對(duì)密閉的噴霧區(qū)域，高效捕捉空氣中的粉塵顆粒。

3.2 活性磁化水降塵技術(shù)參數(shù)與系統(tǒng)布置

磁化器處理水量為400 L/min，活性磁化水添加劑用量濃度0.03%，水壓設(shè)計(jì)5 MPa，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)300～350 mT，磁化水記憶效應(yīng)設(shè)計(jì)9 min，磁程設(shè)計(jì)8 m，穿過磁化器的水流速度設(shè)計(jì)4 m/s，溶液表面張力設(shè)計(jì)27 m·N/m。

大平煤業(yè)3111 工作面回風(fēng)順槽采用綜掘工藝，采用皮帶運(yùn)輸。為了節(jié)省巷道空間，活性磁化水制備系統(tǒng)布置在巷道側(cè)向的躲避洞內(nèi)，制備后的活性磁化水經(jīng)分流器進(jìn)入掘進(jìn)機(jī)設(shè)置的外噴霧系統(tǒng)，在截割頭位置形成封閉水霧場(chǎng)，在距綜掘面迎頭30 m處構(gòu)建一道全封閉的活性磁化水幕簾，實(shí)現(xiàn)回風(fēng)順槽綜掘面塵源的綜合防治。活性磁化水降塵系統(tǒng)綜掘面布置示意圖如圖2。

圖2 活性磁化水降塵系統(tǒng)綜掘面布置示意圖

4 綜掘面活性磁化水降塵試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)大平煤業(yè)3111 工作面回風(fēng)順槽綜掘面未進(jìn)行噴霧時(shí)的粉塵濃度以及采用未處理水、活性添加劑溶液以及活性磁化水進(jìn)行噴霧后綜掘面的粉塵濃度（監(jiān)測(cè)點(diǎn)距迎頭5 m）。未進(jìn)行噴霧時(shí)，綜掘面全塵濃度448.45 mg/m3，呼塵濃度238.03 mg/m3；采用未處理水噴霧時(shí)，綜掘面全塵濃度203.77 mg/m3，呼塵濃度124.04 mg/m3，全塵除塵效率54.56%，呼塵除塵效率47.89%；采用活性添加劑溶液噴霧時(shí)，綜掘面全塵濃度113.14 mg/m3，呼塵濃度70.36 mg/m3，全塵除塵效率74.77%，呼塵除塵效率70.44%；采用活性磁化水噴霧時(shí)，綜掘面全塵濃度79.78 mg/m3，呼塵濃度45.53 mg/m3，全塵除塵效率82.21%，呼塵除塵效率80.87%，表明了綜掘面活性磁化水降塵技術(shù)具有很好的降塵效果。除塵效率對(duì)比圖如圖3。

圖3 除塵效率對(duì)比圖

5 結(jié)論

綜掘工作面機(jī)械化程度提高的同時(shí)，產(chǎn)生的粉塵也大幅度增加。針對(duì)掘進(jìn)面粉塵主要來源包括掘進(jìn)機(jī)截割破煤、巷道支護(hù)時(shí)采用的風(fēng)鉆工藝以及運(yùn)輸過程中的揚(yáng)塵等，提出了采用活性磁化水進(jìn)行綜掘面降塵，介紹了活性磁化水制備系統(tǒng)與工藝，設(shè)計(jì)了活性磁化水降塵技術(shù)參數(shù)與系統(tǒng)布置。經(jīng)綜掘面活性磁化水降塵試驗(yàn)，活性磁化水噴霧時(shí)，綜掘面全塵除塵效率達(dá)82.21%，呼塵除塵效率達(dá)80.87%，表明了綜掘面活性磁化水降塵技術(shù)具有很好的降塵效果。