自動噴霧降塵裝置在巷道掘進(jìn)中應(yīng)用

韓 路

（山西高河能源有限公司，山西 長治 046600）

目前煤礦井下掘進(jìn)巷道廣泛使用降塵或捕塵裝置來消除巷道內(nèi)的粉塵，常用的降塵或捕塵裝置有手動門式及氣動門式，人員或車輛通過降塵或捕塵裝置時(shí)均需要手動打開或關(guān)停噴霧裝置及門簾，不僅操作不便，而且還存在人員或車輛過風(fēng)門時(shí)需要安排專職人員打開或關(guān)停噴霧裝置以致造成人力的浪費(fèi)問題。人員在通過噴霧裝置的巷道時(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，針對巷道掘進(jìn)前期傳統(tǒng)噴霧降塵裝置主要存在的問題，設(shè)計(jì)了一套自動噴霧裝置[1-5]，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

1 概述

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)打開閥門，靜壓水通過高壓噴頭進(jìn)行霧化作用，從而進(jìn)行降塵。

由于傳統(tǒng)噴霧降塵裝置自動化水平低，若在降塵過程中降塵裝置無法在人員、機(jī)電設(shè)備通過時(shí)自動啟停，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)。

2 自動噴霧降塵裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

為了進(jìn)一步提高掘進(jìn)巷道防塵自動化水平，彌補(bǔ)傳統(tǒng)噴霧降塵裝置存在的不足，高河礦對W4302高抽巷原防塵裝置進(jìn)行優(yōu)化，安裝了一套自動噴霧降塵裝置。

2.1 裝置結(jié)構(gòu)組成

（1）自動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)動門簾、活動轉(zhuǎn)軸、球形閥開關(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供風(fēng)球形閥，通過該球形閥可控制風(fēng)流、風(fēng)量；氣控箱通過靜壓風(fēng)實(shí)現(xiàn)對氣控千斤頂進(jìn)行伸縮控制，供風(fēng)風(fēng)壓為0.8 MPa。氣控箱共計(jì)兩個，分別安裝在防塵紗網(wǎng)兩側(cè)，兩個氣控箱串聯(lián)對氣動千斤頂進(jìn)行控制。

（3）在頂板處安裝一個氣動千斤頂，千斤頂通過氣控箱供風(fēng)實(shí)現(xiàn)伸縮動作，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×寬=20 mm×20 mm。在防塵紗網(wǎng)中部安裝一個轉(zhuǎn)動門簾，如圖2，轉(zhuǎn)動門簾規(guī)格為長×寬=2.0 m×1.5 m，轉(zhuǎn)動門簾采用直徑為8 mm 鋼絲繩通過導(dǎo)線滑輪與千斤頂連接。

圖2 全斷面防塵紗網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

（5）轉(zhuǎn)動門簾上部的轉(zhuǎn)動軸與球形閥開關(guān)連接，球形閥開關(guān)分別通過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。

2.2 裝置工作原理

（1）在正常狀態(tài)下分別打開供風(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，從而對巷道內(nèi)粉塵進(jìn)行捕捉。

（2）當(dāng)作業(yè)人員需通過防塵紗網(wǎng)時(shí)，按動氣控箱“關(guān)閉”按鈕，氣控箱停止對氣控千斤頂供風(fēng)，千斤頂停風(fēng)活塞桿自動縮回，從而通過鋼絲繩帶動轉(zhuǎn)動門簾向上翻轉(zhuǎn)。當(dāng)活塞桿伸縮到最大行程時(shí)轉(zhuǎn)動門簾停止翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動門簾最大翻轉(zhuǎn)角度為80°。

（3）旋轉(zhuǎn)門簾在翻轉(zhuǎn)過程中帶動球形閥開關(guān)轉(zhuǎn)動，從而切斷噴霧頭供水水源，實(shí)現(xiàn)人員通過時(shí)自動停止噴霧降塵。當(dāng)人員通過防塵紗網(wǎng)后按動另一側(cè)氣控箱“開啟”按鈕，此時(shí)氣控箱開始對氣動千斤頂供風(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)門簾。

（4）旋轉(zhuǎn)門簾在放下過程中通過活動轉(zhuǎn)軸控制作用打開球形閥開關(guān)，噴霧頭接頭水源繼續(xù)噴霧。

3 裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果

3.1 裝置優(yōu)缺點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡單。自動噴霧降塵裝置整體結(jié)構(gòu)相對簡單，整套裝置生產(chǎn)成本為0.21 萬元，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)對氣動千斤頂進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)人員通過通道時(shí)能夠自動停止噴霧，解決了傳統(tǒng)噴霧裝置在降塵時(shí)，人員或設(shè)備通過通道時(shí)淋濕等技術(shù)難題，降低了噴霧除塵勞動作業(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，無法實(shí)現(xiàn)全斷面降塵目的。自動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、勞動作業(yè)強(qiáng)度大，而且在噴霧過程中造成靜壓水損失量大。自動噴霧降塵裝置每隔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)人員流動性大，裝置中轉(zhuǎn)動門簾頻繁開啟時(shí)球形閥開關(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，但是長時(shí)間在水流作用下腐蝕嚴(yán)重，需定期進(jìn)行更換。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2021 年5 月13 日W4302 高抽巷已掘進(jìn)470 m，5月14日開始對巷道內(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 套自動噴霧降塵裝置，通過7 個月實(shí)際應(yīng)用效果對比分析發(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2.3萬元；掘進(jìn)前期每班需安排1～2 名專職人員進(jìn)行噴霧降塵，勞動作業(yè)強(qiáng)度大，而采用該裝置后無需人工開啟，全天候無人值守；通過實(shí)測，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。

4 結(jié)語

采掘工作面降塵效果直接影響著施工人員身心健康，提高降塵效果對煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要意義。高河煤礦針對W4302 高抽巷在前期掘進(jìn)過程中防塵措施主要存在的問題進(jìn)行優(yōu)化改造，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化改造后的防塵裝置能夠滿足機(jī)械化掘進(jìn)巷道防塵要求，提高了巷道防塵效果。