采掘巷道通風(fēng)除塵系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

薄 樂

（晉能控股煤業(yè)集團地煤大同有限公司，山西 大同 037000）

1 8503 工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團地煤大同有限公司焦煤礦8503 工作面位于305 盤區(qū)，工作面北部為5 號層8501 工作面，西部為柴溝煤礦，南部為實體，東部為盤區(qū)巷，上覆為4 號層305 盤區(qū)8503 工作面采空區(qū)，在層間距3.9～14.5 m 之間由南向北逐漸變薄，平均厚度為9.2 m。

8503 工作面回采煤層為5 號層，工作面煤層4.3～13.9 m，平均厚度在9.2 m 左右；含1～4 層夾石，夾石厚度0.2～0.6 m，煤厚變化較穩(wěn)定。8503 工作面采用兩巷布置，其中2503 皮帶順槽、5503 軌道順槽和8503 切巷皆沿5 號煤層底板布置。

8503 工作面采用綜合機械化回采工藝，選用MG480/1162-WD 采煤機采煤、ZF10000/22/35 型普通支架進行頂板支護和SGZ800/2×400 型刮板運輸機與順槽內(nèi)DTL 帶式輸送機聯(lián)合運煤。

由于工作面回撤的5 號煤層穩(wěn)定性差，采煤機落煤后成破碎狀，受順槽風(fēng)流影響，順槽帶式輸送機在運輸過程中巷道內(nèi)產(chǎn)生高濃度粉塵，工作面回撤前期通過在順槽內(nèi)安裝噴霧灑水裝置進行降塵，但是實際降塵效果差。通過粉塵濃度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，順槽內(nèi)粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)149 mg/m3，能見度不足25 m，嚴(yán)重威脅著工作面安全高效回采。

2 回采前期順槽降塵裝置及其存在問題分析

2.1 傳統(tǒng)降塵裝置

8503 工作面回采前期在運輸順槽內(nèi)通過安裝噴霧灑水裝置進行降塵，該裝置主要由高壓噴頭、噴頭支架、高壓膠管、閥門等部分組成，支架長度為4.5 m，采用直徑為25 mm 圓鋼管焊制而成，高壓噴頭安裝在支架上，共計6 個；巷道每隔100 m 安裝一道噴霧裝置，8503 運輸順槽共計安裝10 套噴霧裝置；安裝時噴頭支架安裝在巷道頂板處，高壓膠管通過閥門安裝在巷道內(nèi)4 寸靜壓水管上；當(dāng)工作面回采時，人工開啟閥門實現(xiàn)噴霧降塵。

2.2 主要存在的問題

1）自動化水平低：傳統(tǒng)噴霧灑水裝置結(jié)構(gòu)簡單，采用人工開啟方式，不僅自動化水平低，而且勞動作業(yè)強度大，不適用于長臂回采工作面。

2）設(shè)備安裝數(shù)量多：以8503 運輸順槽為例，巷道長度為1049 m，巷道每隔100 m 安裝一套噴霧灑水裝置，共計安裝10 套。巷道內(nèi)噴霧灑水裝置安裝數(shù)量多，成本費用高，而且傳統(tǒng)噴霧灑水裝置高壓噴頭很容易堵塞，裝置故障率高，增加了工作面降塵費用。

3）靜壓水損失量大：傳統(tǒng)噴霧灑水裝置主要采用人工開啟方式，裝置無法根據(jù)巷道內(nèi)粉塵濃度自動降塵。通過現(xiàn)場計算，每套噴霧灑水裝置灑水量為0.8m3/h，噴霧水壓為0.3 MPa，工作面靜壓水損失量為80 m3/h，靜壓水損失量大，降低了靜壓水水壓。

4）降塵效果差：傳統(tǒng)噴霧裝置主要通過靜壓水高壓作用將水源從高壓噴頭霧化成水霧顆粒，實現(xiàn)對揚塵吸附沉降作用，而8503 運輸順槽為進風(fēng)巷，巷道平均風(fēng)速為1.8 m/s，霧化的水霧顆粒在高速風(fēng)流作用下聚集性差，降塵率不足60%，降塵效果差。

5）巷道積水量大：由于巷道內(nèi)安裝的噴霧灑水裝置數(shù)量多，噴霧量大，降塵后的積水流入巷道內(nèi)，導(dǎo)致巷道內(nèi)積水量大，對機電設(shè)備防爆性能影響大。

3 8503 運輸順槽通風(fēng)除塵系統(tǒng)優(yōu)化

為了進一步提高8503 運輸順槽降塵效果，彌補傳統(tǒng)噴霧灑水裝置存在的不足，焦煤礦通風(fēng)部通過技術(shù)研究，決定對8503 運輸噴霧灑水裝置進行優(yōu)化改進[1-5]。

3.1 優(yōu)化后的通風(fēng)除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

優(yōu)化的綜合通風(fēng)除塵系統(tǒng)主要由自動泡沫抑塵裝置和全斷面捕塵裝置兩部分組成。

3.1.1 自動泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)

1）自動泡沫抑塵裝置主要由粉塵濃度傳感器、泡沫生成器、PLC 控制器、電控液閥、旋轉(zhuǎn)噴頭、聯(lián)鎖開關(guān)、高壓膠管等部分組成，如圖1 所示。

圖1 自動泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）巷道每隔300 m 安裝一套自動泡沫抑塵裝置，粉塵濃度傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)噴頭前方5.0 m 處，共計3 個，主要用于監(jiān)測進風(fēng)流中粉塵濃度，設(shè)定粉塵質(zhì)量濃度報警值為50 mg/m3，傳感器與PLC 控制器通過信號電纜連接。

3）PLC 控制器分別與聯(lián)鎖開關(guān)連接，聯(lián)鎖開關(guān)與電控液閥連接，電控液閥采用手動和電控兩種控制模式，電控液閥與巷道內(nèi)靜壓水、靜壓風(fēng)管路以及泡沫生產(chǎn)器連接，主要控制風(fēng)、水管路開啟。

4）泡沫生成器通過分配器與旋轉(zhuǎn)噴頭連接，泡沫生成器內(nèi)添加發(fā)泡材料，發(fā)泡材料主要由表面活性劑、增泡劑、穩(wěn)泡劑和濕潤劑等成分組成，發(fā)泡劑與水混合質(zhì)量比為1∶300。

3.1.2 全斷面捕塵裝置結(jié)構(gòu)

1）全斷面捕塵裝置寬度為4.5m、高度為3.5m，主要由高壓灑水裝置、旋轉(zhuǎn)水幕、PLC 控制柜、過濾裝置、聯(lián)鎖開關(guān)、水泵等部分組成，旋轉(zhuǎn)水幕主要由捕塵簾、電控轉(zhuǎn)軸等部分組成，如圖2 所示。

圖2 全斷面捕塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）高壓灑水裝置安裝在旋轉(zhuǎn)水幕頂端，旋轉(zhuǎn)水幕通過電控轉(zhuǎn)軸安裝在巷幫上，旋轉(zhuǎn)水幕上設(shè)置人行通道；在旋轉(zhuǎn)水幕下方施工一個水槽，水槽長度為4.5 m、寬度為1.5 m、深度為0.3 m，在水槽上覆鋪設(shè)一款帶有漏孔的鋼板。

3）聯(lián)鎖開關(guān)分別與水泵、PLC 控制柜、電控轉(zhuǎn)軸連接，主要控制水泵即電控轉(zhuǎn)軸開啟，PLC 控制器主要用于數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析以及指令發(fā)生等。

4）水泵安裝在水槽內(nèi)，水泵電機功率為5 kW，水泵通過高壓膠管與高壓灑水裝置連接；過濾裝置安裝在捕塵簾下方，主要由過濾海綿組成，可對降塵后煤泥進行有效過濾。

3.2 綜合通風(fēng)除塵系統(tǒng)工作原理

3.2.1 泡沫抑塵裝置工作原理

1）工作面在回采過程中通過粉塵濃度傳感器實時監(jiān)測巷道進風(fēng)風(fēng)流中粉塵濃度，當(dāng)監(jiān)測到粉塵質(zhì)量濃度達(dá)50 mg/m3時，傳感器及時將收集的數(shù)據(jù)上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器進行數(shù)據(jù)分析及處理，并對聯(lián)鎖開關(guān)下達(dá)“開啟”指令。

2）聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后及時對電控液閥供電，供電后電控液閥自動打開并對泡沫生成器輸入內(nèi)壓風(fēng)以及供給靜壓水，泡沫生產(chǎn)器內(nèi)泡沫生產(chǎn)材料在風(fēng)流及水流作用下產(chǎn)生高濃度泡沫。高濃度泡沫經(jīng)過分配器從旋轉(zhuǎn)噴頭噴出，進行降塵處理。

3）當(dāng)降塵后風(fēng)流中粉塵質(zhì)量濃度低于50 mg/m3時，粉塵濃度傳感器再次將收集數(shù)據(jù)上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器對數(shù)據(jù)分析處理后對聯(lián)鎖開關(guān)下達(dá)“關(guān)閉”指令，聯(lián)鎖開關(guān)對電控液閥斷電，泡沫抑塵系統(tǒng)關(guān)閉。

3.2.2 全斷面捕塵裝置工作原理

1）正常狀態(tài)下通過水泵將水槽內(nèi)水排至高壓灑水裝置內(nèi)，通過高壓噴頭形成水霧，水霧在捕塵網(wǎng)上形成連續(xù)穩(wěn)定水簾，從而對風(fēng)流中粉塵實施捕塵，降塵后水流經(jīng)過濾裝置后再次流入水槽內(nèi)實現(xiàn)二次利用。

2）當(dāng)順槽內(nèi)需要行車或搬運大型設(shè)備時，通過電控旋轉(zhuǎn)裝置打開旋轉(zhuǎn)水幕，水幕打開后電控旋轉(zhuǎn)裝置斷電，PLC 控制柜接收到電控旋轉(zhuǎn)裝置斷電信號后及時通過聯(lián)鎖開關(guān)斷開水泵電源，高壓灑水裝置停止噴霧灑水。

3）當(dāng)旋轉(zhuǎn)水幕關(guān)閉后電控轉(zhuǎn)軸通電，PLC 控制柜接收通電信號后通過聯(lián)鎖開關(guān)對水泵供電，噴霧灑水裝置繼續(xù)工作。當(dāng)人員需要通過時，可直接打開水幕上設(shè)置的人行通道。

3.3 優(yōu)化后裝置應(yīng)用效果

對8503 運輸順槽降塵裝置進行優(yōu)化后，通過實際應(yīng)用效果來看，取得了以下顯著應(yīng)用成效：

1）減少了裝置安裝數(shù)量：傳統(tǒng)噴霧灑水裝置每隔100 m 需安裝一套，安裝數(shù)量多，成本費用高，維護難度大；而優(yōu)化后巷道內(nèi)共計安裝2 套全斷面捕塵裝置以及2 套泡沫抑塵裝置，減少了巷道內(nèi)噴霧裝置數(shù)量。

2）提高了自動化水平：采用傳統(tǒng)噴霧灑水裝置每班需安排2～3 名工人進行人工開啟，勞動作業(yè)強度大，工序煩瑣，自動化水平低；而優(yōu)化后的噴霧灑水裝置自動化水平高，全程無須人工干預(yù)，大大降低了降塵勞動作業(yè)強度。

3）降塵效果好：傳統(tǒng)噴霧裝置中水霧顆粒受高速風(fēng)流影響大，降塵效果差，而泡沫抑塵時泡沫顆粒大，可對風(fēng)塵顆粒實現(xiàn)包裹降塵，在包裹過程中對粉塵顆粒起到潤濕作用；同時全斷面捕塵裝置利用連續(xù)穩(wěn)定的水幕對粉塵起到阻斷作用，降塵效果好，通過實測發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后工作面在后期回采過程中平均粉塵質(zhì)量濃度降低至45 mg/m3以下，能見度提高至100 m 以上。

4）減少了巷道積水量：采用泡沫抑塵時泡沫顆粒能夠被降解，而采用全斷面捕塵裝置后降塵后的污水能夠被重復(fù)利用。與傳統(tǒng)噴霧灑水裝置相比，大大減少了巷道內(nèi)噴霧污水量，提高了采掘巷道質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平。

4 結(jié)語

通過對8503 工作面運輸順槽除塵裝置進行優(yōu)化改進，采用一套具有自動化控制的通風(fēng)除塵系統(tǒng)。通過3 個月實際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化的通風(fēng)除塵系統(tǒng)具有自動化水平高、除塵效果好、設(shè)備安裝數(shù)量少以及降塵勞動作業(yè)強度小等優(yōu)點，大大提高了采掘巷道降塵效果，可滿足采掘工作面高效施工需求，取得顯著應(yīng)用成效。