綜掘工作面濕式除塵器的應(yīng)用

常 青

（山西省潞安化工集團(tuán)王莊煤礦，山西 長治 046000）

1 工程概況

王莊煤礦91-103 巷道東接540 皮帶大巷，北為91-105 工作面，西側(cè)和南側(cè)均為未采區(qū)域。地面標(biāo)高931～933 m，工作面標(biāo)高370～420 m。該面所采3#煤賦存于二疊系山西組地層中下部，為陸相湖泊型沉積。工作面范圍內(nèi)煤層厚度穩(wěn)定，下部夾矸最厚的一層為0.2 m，煤厚6.41 m。巷道設(shè)計(jì)長度1470 m，斷面5.5 m×3.6 m，支護(hù)方式為錨網(wǎng)支護(hù)。

91-103 巷道采用壓入式局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，風(fēng)筒最大供風(fēng)距離約1470 m。采用兩臺(tái)FBDNo7.1 型通風(fēng)機(jī)，功率為：2×45 kW（一臺(tái)主風(fēng)機(jī)、一臺(tái)副風(fēng)機(jī)），配直徑1000 mm 柔性橡膠雙反邊阻燃風(fēng)筒進(jìn)行壓入式通風(fēng)，供風(fēng)量700 m3/min。主要降塵手段為全斷面凈化水幕以及防塵網(wǎng)，距工作面30 m處安設(shè)一道凈化水幕配合捕塵網(wǎng)使用。凈化水幕噴嘴間距300 mm，凈化水幕噴嘴出水方向與水平成30°～45°角噴射沖洗捕塵網(wǎng)，捕塵網(wǎng)為20 目鐵砂網(wǎng)，使用角鐵焊制捕塵網(wǎng)外框。凈化水幕和捕塵網(wǎng)隨掘進(jìn)工作面推進(jìn)而及時(shí)移動(dòng)。但凈化水幕降塵效率低，特別是對(duì)呼吸性粉塵捕集能力弱，不能解決工作面粉塵污染問題。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法[1-5]

2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)準(zhǔn)備

濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場安裝示意圖如圖1 所示，主要包括KCS-700D 型礦用濕式除塵器、濕式除塵器小車、連接裝置、風(fēng)筒支架、抽出式風(fēng)筒、集塵罩。集塵罩安裝在掘進(jìn)機(jī)上并通過抽出式風(fēng)筒與濕式除塵器連接，濕式除塵器安裝在濕式除塵器小車上，濕式除塵器通過連接裝置與轉(zhuǎn)載機(jī)連接，除塵系統(tǒng)隨掘進(jìn)機(jī)一起便捷移動(dòng)。測(cè)試裝置包括六臺(tái)礦用粉塵采樣器、烘箱和精度為0.1 mg 的電子天平。

圖1 濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場布置圖

2.2 測(cè)點(diǎn)位置設(shè)定和現(xiàn)場濃度測(cè)試

1）粉塵濃度測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了有效降低粉塵對(duì)現(xiàn)場工作人員的危害，測(cè)點(diǎn)主要布置在皮帶機(jī)另一側(cè)的行人側(cè)，測(cè)點(diǎn)設(shè)置高度為1.5 m（接近工作人員的呼吸高度）?？傆?jì)設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)a：掘進(jìn)機(jī)處，此處靠近掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置，距離工作面6 m；測(cè)點(diǎn)b：轉(zhuǎn)載機(jī)末端，工作人員主要集中在此處看護(hù)機(jī)器運(yùn)行；測(cè)點(diǎn)c：濕式除塵器后方5 m 處，測(cè)試除塵器應(yīng)用效果。

2）現(xiàn)場濃度測(cè)試

結(jié)合現(xiàn)場情況，采用濾膜稱重法測(cè)定王莊煤礦91-103 巷道掘進(jìn)工作面總塵、呼塵濃度。準(zhǔn)備礦用測(cè)塵儀六臺(tái)，在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)均安放兩臺(tái)測(cè)塵儀，一臺(tái)用于測(cè)試現(xiàn)場總塵濃度，一臺(tái)用于測(cè)試現(xiàn)場呼塵濃度。六臺(tái)測(cè)塵儀均同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試三次，每次測(cè)試時(shí)間為3 min。將測(cè)試前后的濾膜均放在60 ℃的烘干箱烘烤40 min，通過電子天平稱量濾膜質(zhì)量，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的降塵效率，求三次測(cè)量的平均值作為測(cè)點(diǎn)的降塵效率。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抽壓風(fēng)筒布設(shè)位置對(duì)巷道內(nèi)粉塵濃度的影響

91-103 巷道送風(fēng)筒風(fēng)量為700 m3/min，設(shè)計(jì)濕式除塵器的處理風(fēng)量為630 m3/min。根據(jù)以往研究，濕式除塵器集塵罩與送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面的相對(duì)位置如圖1 所示，其相對(duì)位置對(duì)濕式除塵器的降塵效果影響較大，送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面的距離決定粉塵擴(kuò)散的程度，而集塵罩相對(duì)綜掘工作面的距離決定集塵罩的控塵能力。因此，為了實(shí)現(xiàn)濕式除塵器最大降塵能力，研究集塵罩與送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面的相對(duì)位置是有必要的。本文總計(jì)設(shè)計(jì)了六種不同工況的風(fēng)筒布設(shè)方式，設(shè)置除塵器集塵罩與綜掘工作面之間的距離（Lc）分別為4 m、6 m，送風(fēng)筒與綜掘工作面之間的距離（Ly）為4 m、10 m、16 m。得到六種工況，工況1（Lc-Ly）：4～4 m、工況2：4～10 m、工況3：4 ～16 m、工況4：6～4 m、工況5：6～10 m、工況6：6～16 m。

在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中，分別測(cè)試除塵器開啟前后六種工況下測(cè)點(diǎn)a、b、c 三點(diǎn)的總塵和呼塵濃度。

圖2、圖3 分別為不同工況條件下不同測(cè)點(diǎn)總塵降塵效率、呼塵降塵效率。從圖中可看出，在同一工況下濕式除塵器開啟前后，測(cè)點(diǎn)a、b、c 的總塵效率和呼塵效率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。當(dāng)集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面為4 m 時(shí)，即工況1、2 和3，隨著送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面從4 m 增加到16 m，測(cè)點(diǎn)a、b 和c 的總塵效率和呼塵效率均逐漸增大，當(dāng)送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面為16 m 時(shí)（工況3），總塵效率和呼塵效率達(dá)到最大93.5%、86.5%；當(dāng)集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面為6 m時(shí)，即工況4、5和6，隨著送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面從4 m增加到16 m，測(cè)點(diǎn)a、b 和c 的總塵效率和呼塵效率與集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面為4 m 具有相同的趨勢(shì)，均逐漸增大。這表明在固定集塵罩進(jìn)口距離不變的情況下，送風(fēng)筒出口距離綜掘工作面距離越遠(yuǎn)，降塵效果越好，即送風(fēng)筒出口遠(yuǎn)離綜掘工作面有助于降低粉塵濃度。這是因?yàn)樗惋L(fēng)筒出口距離綜掘工作面距離越遠(yuǎn)風(fēng)流對(duì)綜掘工作面產(chǎn)生的粉塵擾動(dòng)越小，減弱了粉塵的擴(kuò)散，有利于集塵罩對(duì)粉塵的捕獲。

圖2 不同工況條件下不同測(cè)點(diǎn)總塵降塵效率

圖3 不同工況條件下不同測(cè)點(diǎn)呼塵降塵效率

而比較集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面為4 m 和6 m 時(shí)工況下的粉塵濃度發(fā)現(xiàn)，即工況1、2、3 和工況4、5、6 相比，當(dāng)送風(fēng)筒出口到綜掘工作面的距離固定不變時(shí)，集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面從4 m增加到6 m 時(shí)發(fā)現(xiàn)總塵和呼塵降塵效率均發(fā)生下降，集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面為4 m 時(shí)具有最優(yōu)的降塵效果。這是因?yàn)殡S著集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離減小，濕式除塵器集塵罩越接近塵源，在濕式除塵器負(fù)壓作用下集塵罩能夠控制捕獲更多的粉塵，有效地防止粉塵的擴(kuò)散。但是當(dāng)集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離增加，造成部分含塵氣流回流，形成渦流，造成粉塵發(fā)生擴(kuò)散并向巷道后方移動(dòng)，降低集塵罩對(duì)粉塵的控制能力。因此，集塵罩進(jìn)口距離綜掘工作面較近時(shí)有助于粉塵濃度的降低。綜合比較六種工況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離4 m 與送風(fēng)筒出口距綜掘工作面的距離為16 m 具有最優(yōu)的降塵效果（工況3），此時(shí)總塵效率和呼塵效率分別達(dá)到最大93.5%、86.5%。

3.2 抽壓風(fēng)量比對(duì)濕式除塵器降塵效果的影響

當(dāng)集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離4 m 與送風(fēng)筒出口距綜掘工作面的距離為16 m 除塵器具有最優(yōu)的降塵性能，但除塵器集塵罩的控塵能力不僅與位置有關(guān)，還與吸風(fēng)量有關(guān)，因此試驗(yàn)探究不同抽壓風(fēng)量比對(duì)除塵器降塵效果的影響。抽壓風(fēng)量比：抽出風(fēng)量與壓入風(fēng)量的比值。在本次試驗(yàn)中，91-103 巷道送風(fēng)筒的送風(fēng)量Qy為700 m3/min，設(shè)計(jì)抽壓風(fēng)量比分別為0.6、0.7、0.8、0.9。因此，除塵器集塵罩進(jìn)口風(fēng)量Qc分別為420 m3/min、490 m3/min、560 m3/min、630 m3/min。在3.1 節(jié)中掘進(jìn)機(jī)正常掘進(jìn)狀態(tài)下，測(cè)點(diǎn)a 和b 的總塵、呼塵效率接近，因此，此處僅測(cè)試測(cè)點(diǎn)b 和c 處的粉塵濃度。濕式除塵器開啟前后不同抽壓風(fēng)量比下測(cè)點(diǎn)b 和測(cè)點(diǎn)c 的降塵效率如圖4。

圖4 不同抽壓風(fēng)量比下測(cè)點(diǎn)b 和測(cè)點(diǎn)c 的降塵效率

對(duì)于測(cè)點(diǎn)b 和c，隨著抽壓風(fēng)量比的增加，濕式除塵器抽風(fēng)量增加，總塵、呼塵效率均增加。當(dāng)抽壓風(fēng)量比為0.9 時(shí)，測(cè)點(diǎn)b、c 的總塵、呼塵效率分別達(dá)到最大93.5%、89.7%和86.5%、85.6%，此時(shí)除塵器降塵性能最優(yōu)。這是因?yàn)楫?dāng)送風(fēng)筒風(fēng)量不變，隨著除塵器抽風(fēng)量的增加，集塵罩對(duì)綜掘工作面前端的粉塵捕獲能力增強(qiáng)，除塵效率增大。

在王莊煤礦91-103 掘進(jìn)工作面割煤期間，當(dāng)集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離為4 m、送風(fēng)筒出口距綜掘工作面的距離為16 m，抽壓風(fēng)量比為0.9 時(shí)，開啟除塵器后，對(duì)掘進(jìn)機(jī)處、轉(zhuǎn)載機(jī)末端處以及濕式除塵器后方5 m 處進(jìn)行粉塵濃度測(cè)定，總塵濃度為11.1 mg/m3、9.2 mg/m3、5.3 mg/m3，呼塵濃度為6.5 mg/m3、4.0 mg/m3、2.5 mg/m3。

4 結(jié)論

對(duì)王莊煤礦掘進(jìn)工作面濕式除塵器的應(yīng)用進(jìn)行研究試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了六種集塵罩與送風(fēng)筒相對(duì)綜掘工作面位置的布設(shè)模式，同時(shí)對(duì)抽壓風(fēng)量比對(duì)濕式除塵器的降塵性能進(jìn)行了探究。主要結(jié)論如下：

1）在不同工況下，測(cè)點(diǎn)a、b、c 的總塵、呼塵效率均隨著與綜掘工作面距離的增大而增大。集塵罩進(jìn)口距綜掘工作面從4 m 增加到6 m 時(shí)，隨著送風(fēng)筒與綜掘工作面的距離增大，降塵效果越好；當(dāng)固定送風(fēng)筒與綜掘工作面的距離時(shí)，集塵罩進(jìn)口距綜掘工作面的距離越小降塵效果越好。因此，集塵罩進(jìn)口到綜掘工作面的距離4 m 與送風(fēng)筒出口距綜掘工作面的距離為16 m 具有最優(yōu)的降塵效果。

2）對(duì)于測(cè)點(diǎn)b、c，總塵、呼塵效率隨著抽壓風(fēng)量比的增大而增加，當(dāng)抽壓風(fēng)量比達(dá)到0.9 時(shí)，總塵、呼塵效率達(dá)到最大，此時(shí)除塵器降塵性能最優(yōu)。此時(shí)系統(tǒng)工作后掘進(jìn)機(jī)處、轉(zhuǎn)載機(jī)末端處以及濕式除塵器后方5 m 處總塵濃度分別為11.1 mg/m3、9.2 mg/m3、5.3 mg/m3，呼塵濃度分別為6.5 mg/m3、4.0 mg/m3、2.5 mg/m3。