韓 路
(山西高河能源有限公司,山西 長(zhǎng)治 046600)
目前煤礦井下掘進(jìn)巷道廣泛使用降塵或捕塵裝置來(lái)消除巷道內(nèi)的粉塵,常用的降塵或捕塵裝置有手動(dòng)門(mén)式及氣動(dòng)門(mén)式,人員或車(chē)輛通過(guò)降塵或捕塵裝置時(shí)均需要手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)停噴霧裝置及門(mén)簾,不僅操作不便,而且還存在人員或車(chē)輛過(guò)風(fēng)門(mén)時(shí)需要安排專(zhuān)職人員打開(kāi)或關(guān)停噴霧裝置以致造成人力的浪費(fèi)問(wèn)題。人員在通過(guò)噴霧裝置的巷道時(shí)容易被噴霧水淋濕工作服,危害人員的身體健康。本文以高河煤礦W4302 高抽巷為例,針對(duì)巷道掘進(jìn)前期傳統(tǒng)噴霧降塵裝置主要存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)噴霧裝置[1-5],并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。
山西高河能源有限公司W(wǎng)4302 高抽巷西鄰礦界,東接+450 m 水平北翼回風(fēng)西大巷,北側(cè)為W4302 回風(fēng)順槽,南側(cè)為W4302 膠帶順槽。
W4302 高抽巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1450 m,巷道為矩形斷面,斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘進(jìn)煤層為3#煤層,平均厚度為6.08 m,平均傾角為4°。高抽巷由泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)粒砂巖組成。巷道直接頂為粉砂巖,厚度2.95 m,淺灰色,中厚層狀,斜裂隙發(fā)育,不規(guī)則裂隙次之,泥質(zhì)充填,具擦痕,斷口棱角狀;老頂為粉砂巖,厚度6 m,深灰色,中厚層狀,透鏡狀層理為主,平行層理次之,含少許植物化石碎片。
W4302 高抽巷掘進(jìn)期間初步采用噴霧降塵裝置,巷道每隔200 m 安裝一道降塵裝置,該裝置主要由高壓膠管、高壓噴頭等部分組成。掘進(jìn)巷道時(shí)打開(kāi)閥門(mén),靜壓水通過(guò)高壓噴頭進(jìn)行霧化作用,從而進(jìn)行降塵。
由于傳統(tǒng)噴霧降塵裝置自動(dòng)化水平低,若在降塵過(guò)程中降塵裝置無(wú)法在人員、機(jī)電設(shè)備通過(guò)時(shí)自動(dòng)啟停,導(dǎo)致施工人員工作服以及設(shè)備被淋濕現(xiàn)象。同時(shí),采掘巷道內(nèi)風(fēng)量大、風(fēng)速快,霧化后的水霧顆粒在風(fēng)流作用下聚集性差,降塵效果差,制約著井下安全生產(chǎn)。
為了進(jìn)一步提高掘進(jìn)巷道防塵自動(dòng)化水平,彌補(bǔ)傳統(tǒng)噴霧降塵裝置存在的不足,高河礦對(duì)W4302高抽巷原防塵裝置進(jìn)行優(yōu)化,安裝了一套自動(dòng)噴霧降塵裝置。
(1)自動(dòng)噴霧降塵裝置主要由供水管、供水球形閥、供水支管、噴霧頭、轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾、活動(dòng)轉(zhuǎn)軸、球形閥開(kāi)關(guān)、壓風(fēng)管、供風(fēng)球形閥、氣控箱、防塵紗網(wǎng)、氣控千斤頂、供風(fēng)支管、導(dǎo)向滑輪、鋼絲繩等部分組成,如圖1。
圖1 自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
(2)氣控箱安裝在巷道幫部,通過(guò)供風(fēng)支管分別與巷道內(nèi)壓風(fēng)管以及氣控千斤頂連接,氣控箱與壓風(fēng)管連接的支管上安裝一個(gè)供風(fēng)球形閥,通過(guò)該球形閥可控制風(fēng)流、風(fēng)量;氣控箱通過(guò)靜壓風(fēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣控千斤頂進(jìn)行伸縮控制,供風(fēng)風(fēng)壓為0.8 MPa。氣控箱共計(jì)兩個(gè),分別安裝在防塵紗網(wǎng)兩側(cè),兩個(gè)氣控箱串聯(lián)對(duì)氣動(dòng)千斤頂進(jìn)行控制。
(3)在頂板處安裝一個(gè)氣動(dòng)千斤頂,千斤頂通過(guò)氣控箱供風(fēng)實(shí)現(xiàn)伸縮動(dòng)作,千斤頂最大伸縮行程為1.5 m。在氣控千斤頂前方1.0 m 處頂板上安裝一個(gè)導(dǎo)向定滑輪。
(4)在氣控箱前方3.0 m 處安裝一道全斷面防塵網(wǎng),全斷面防塵紗網(wǎng)采用14#鉛絲編制而成,網(wǎng)格規(guī)格為長(zhǎng)×寬=20 mm×20 mm。在防塵紗網(wǎng)中部安裝一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾,如圖2,轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾規(guī)格為長(zhǎng)×寬=2.0 m×1.5 m,轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾采用直徑為8 mm 鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)滑輪與千斤頂連接。
圖2 全斷面防塵紗網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
(5)轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾上部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與球形閥開(kāi)關(guān)連接,球形閥開(kāi)關(guān)分別通過(guò)供水支管與高壓噴霧頭以及供水管路連接。在供水支管與供水管路之間安裝一個(gè)供水球形閥,便于人工關(guān)停供水。
(6)為了保證降塵效果,確保噴霧降塵期間能夠在防塵紗網(wǎng)上形成連續(xù)穩(wěn)定的水幕,噴霧頭安裝在回風(fēng)流中上側(cè),距防塵紗網(wǎng)距離0.5~1.0 m 范圍內(nèi)。根據(jù)巷道內(nèi)風(fēng)量及風(fēng)速適當(dāng)調(diào)整距離。
(1)在正常狀態(tài)下分別打開(kāi)供風(fēng)、供水球形閥,氣控箱、氣控千斤頂處于工作狀態(tài),同時(shí)高壓噴霧頭進(jìn)行噴霧,噴霧后的水霧顆粒在防塵紗網(wǎng)上形成連續(xù)穩(wěn)定的水幕,從而對(duì)巷道內(nèi)粉塵進(jìn)行捕捉。
(2)當(dāng)作業(yè)人員需通過(guò)防塵紗網(wǎng)時(shí),按動(dòng)氣控箱“關(guān)閉”按鈕,氣控箱停止對(duì)氣控千斤頂供風(fēng),千斤頂停風(fēng)活塞桿自動(dòng)縮回,從而通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾向上翻轉(zhuǎn)。當(dāng)活塞桿伸縮到最大行程時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾停止翻轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾最大翻轉(zhuǎn)角度為80°。
(3)旋轉(zhuǎn)門(mén)簾在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中帶動(dòng)球形閥開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng),從而切斷噴霧頭供水水源,實(shí)現(xiàn)人員通過(guò)時(shí)自動(dòng)停止噴霧降塵。當(dāng)人員通過(guò)防塵紗網(wǎng)后按動(dòng)另一側(cè)氣控箱“開(kāi)啟”按鈕,此時(shí)氣控箱開(kāi)始對(duì)氣動(dòng)千斤頂供風(fēng),千斤頂伸縮桿在風(fēng)壓作用下伸出,從而逐漸放下旋轉(zhuǎn)門(mén)簾。
(4)旋轉(zhuǎn)門(mén)簾在放下過(guò)程中通過(guò)活動(dòng)轉(zhuǎn)軸控制作用打開(kāi)球形閥開(kāi)關(guān),噴霧頭接頭水源繼續(xù)噴霧。
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。自動(dòng)噴霧降塵裝置整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,整套裝置生產(chǎn)成本為0.21 萬(wàn)元,成本費(fèi)用低,裝置便于操作維護(hù),故障率低。該裝置可適用于不同斷面的采掘巷道內(nèi)以及隧道、橋梁等領(lǐng)域中,實(shí)用性強(qiáng),應(yīng)用范圍廣。
(2)裝置自動(dòng)化水平高。與傳統(tǒng)噴霧灑水裝置相比,該裝置主要利用靜壓風(fēng)對(duì)氣動(dòng)千斤頂進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)人員通過(guò)通道時(shí)能夠自動(dòng)停止噴霧,解決了傳統(tǒng)噴霧裝置在降塵時(shí),人員或設(shè)備通過(guò)通道時(shí)淋濕等技術(shù)難題,降低了噴霧除塵勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。
(3)降塵效果好。傳統(tǒng)噴霧裝置降塵時(shí)受巷道內(nèi)風(fēng)量及風(fēng)速影響大,霧化的水霧顆粒在風(fēng)流作用下分散性大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)全斷面降塵目的。自動(dòng)噴霧降塵裝置在工作時(shí)可形成連續(xù)穩(wěn)定的捕塵水幕,從而阻斷粉塵擴(kuò)散,具有很好的降塵效果。
(4)減少裝置安裝數(shù)量。由于傳統(tǒng)噴霧灑水裝置降塵效果差,巷道每隔100 m 安裝一套,以W4302高抽巷為例,巷道內(nèi)共需安裝14套除塵裝置,裝置安裝數(shù)量多、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大,而且在噴霧過(guò)程中造成靜壓水損失量大。自動(dòng)噴霧降塵裝置每隔300 m 安裝一套即可,減少了裝置安裝數(shù)量,降低了裝置成本費(fèi)用。
(5)該裝置在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足,需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn),主要體現(xiàn)在以下幾方面:① 受采掘工作面影響,當(dāng)?shù)V井內(nèi)靜壓風(fēng)用量大時(shí),出現(xiàn)水壓不足,裝置中氣動(dòng)千斤頂工作時(shí)出現(xiàn)伸縮桿拉伸不到位現(xiàn)象;② 由于巷道內(nèi)人員流動(dòng)性大,裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)簾頻繁開(kāi)啟時(shí)球形閥開(kāi)關(guān)出現(xiàn)失效,需定期進(jìn)行更換;③ 防塵紗網(wǎng)采用鉛絲編制而成,雖然具有一定鋼性,但是長(zhǎng)時(shí)間在水流作用下腐蝕嚴(yán)重,需定期進(jìn)行更換。
2021 年5 月13 日W4302 高抽巷已掘進(jìn)470 m,5月14日開(kāi)始對(duì)巷道內(nèi)噴霧降塵裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),截至2021 年12 月7 日巷道已掘進(jìn)到位。巷道在后期掘進(jìn)中共計(jì)安裝了3 套自動(dòng)噴霧降塵裝置,通過(guò)7 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):與原降塵裝置相比,減少了裝置安裝數(shù)量,設(shè)備成本費(fèi)用減少了2.3萬(wàn)元;掘進(jìn)前期每班需安排1~2 名專(zhuān)職人員進(jìn)行噴霧降塵,勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大,而采用該裝置后無(wú)需人工開(kāi)啟,全天候無(wú)人值守;通過(guò)實(shí)測(cè),原裝置降塵后巷道內(nèi)粉塵濃度仍高達(dá)45.7 mg/m3,掘進(jìn)期間能見(jiàn)度不足20 m,而采用該裝置后巷道內(nèi)粉塵濃度降低至4.8 mg/m3范圍內(nèi),提高巷道降塵效果。
采掘工作面降塵效果直接影響著施工人員身心健康,提高降塵效果對(duì)煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要意義。高河煤礦針對(duì)W4302 高抽巷在前期掘進(jìn)過(guò)程中防塵措施主要存在的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改造,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看,優(yōu)化改造后的防塵裝置能夠滿(mǎn)足機(jī)械化掘進(jìn)巷道防塵要求,提高了巷道防塵效果。