綜掘工作面粉塵控制技術(shù)的研究與應(yīng)用

王文強(qiáng)

摘 要：為了有效降低綜掘工作面的粉塵濃度，通過對(duì)同忻礦2203工作面掘進(jìn)時(shí)粉塵濃度大小的測(cè)定和控制措施的調(diào)研，針對(duì)現(xiàn)有的防降塵措施的不足，提出了氣水噴霧降塵技術(shù)和巷道雙層水幕簾聯(lián)合使用的降塵方法，并在現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)施，取得了良好的降塵效果。

關(guān)鍵詞：綜掘工作面 粉塵 氣水噴霧 水幕簾

中圖分類號(hào)：TD714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（b）-0060-02

同忻煤礦北二盤區(qū)2203運(yùn)輸順槽是回采工作面運(yùn)輸和進(jìn)風(fēng)巷道，巷道斷面面積S=21.46 m2，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3778.051 m，煤層平均厚度為14.91 m，內(nèi)生裂隙發(fā)育，夾有鏡煤條帶，塊狀，易碎，夾矸4～8層，相對(duì)瓦斯涌出量0.12～2.48 m3/t，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。掘進(jìn)時(shí)，由于掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧堵塞或損壞，導(dǎo)致作業(yè)面粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，給井下作業(yè)環(huán)境和生產(chǎn)安全帶來危害。該文通過對(duì)綜掘工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的測(cè)定研究，分析現(xiàn)有防降塵的不足，提出改進(jìn)方案并實(shí)施，取得了良好的降塵效果。

1 綜掘工作面粉塵控制現(xiàn)狀

1.1 粉塵濃度的測(cè)定及分析

為了研究綜掘工作面割煤作業(yè)時(shí)粉塵的運(yùn)移規(guī)律和濃度分布，根據(jù)粉塵濃度測(cè)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合綜掘工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在人行道呼吸帶高度布置采樣點(diǎn)如圖1所示。粉塵濃度測(cè)定使用濾膜質(zhì)量法，采用AKFC-92A粉塵采樣儀進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間均為2 min，流量為20 L/min，采樣后稱重，計(jì)算得到割煤時(shí)掘進(jìn)巷道粉塵濃度分布如圖2所示：

根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)可知：

（1）2203綜掘面在割煤工序中產(chǎn)生粉塵濃度高，而且呼吸性粉塵所占比例大，平均呼塵比重超過50%。主要是因?yàn)?203工作面斷面大，進(jìn)尺多，截割強(qiáng)度高，且煤體較軟，受應(yīng)力時(shí)破碎程度高，裂隙內(nèi)原生煤塵隨著煤體的破碎垮落而進(jìn)入回風(fēng)流中，導(dǎo)致掘進(jìn)割煤時(shí)產(chǎn)塵量較大；

（2）粉塵濃度在工作面回風(fēng)側(cè)3～10 m距離粉塵濃度較高，在5 m處全塵濃度達(dá)到1242.5 mg/m3，呼吸性粉塵濃度 1030 mg/m3。由于壓入風(fēng)筒懸掛在左幫司機(jī)處，造成巷道斷面局部風(fēng)速不均，工作面前方存在小型的渦流，產(chǎn)生的粉塵被吹向了掘進(jìn)機(jī)右下回風(fēng)側(cè)，導(dǎo)致回風(fēng)側(cè)濃度高且5 m處粉塵濃度高于3 m處，之后粉塵逐漸沉降，濃度降低；

（3）掘進(jìn)割煤時(shí)產(chǎn)生的粒徑較大的粉塵，距掘進(jìn)面5 m風(fēng)速較小，在重力重力作用下迅速沉降；在距掘進(jìn)面50 m以后粉塵沉降速度比較緩慢，粒徑較小的粉塵隨著風(fēng)流一起擴(kuò)散，穩(wěn)定在150 mg/m3左右；

1.2 現(xiàn)有防塵措施存在的不足

通過對(duì)同忻礦2203綜掘工作面粉塵濃度的測(cè)定和現(xiàn)有綜合防降塵措施的調(diào)研，分析了掘進(jìn)割煤時(shí)粉塵濃度居高不下的原因：

（1）掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧失效。受井下的惡劣條件和復(fù)雜作業(yè)工序限制，掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧用水中混有煤粒、鐵銹、水垢等雜質(zhì)，導(dǎo)致內(nèi)噴霧失效。

（2）掘進(jìn)機(jī)外噴霧噴嘴布置不合理，霧化效果差。掘進(jìn)機(jī)設(shè)有前置的外噴霧及兩側(cè)的外噴霧，開啟時(shí)基本呈水柱狀噴射，霧化效果差，且左側(cè)外噴霧噴射水柱受到機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置的阻擋不能有效的將水噴射到截齒附近。

（3）巷道在距掘進(jìn)面約40 m處設(shè)置有除塵水幕，霧化效果良好，對(duì)粉塵有較好的捕捉，但含塵霧滴隨著風(fēng)流不斷擴(kuò)散，惡化井下作業(yè)環(huán)境。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)對(duì)綜掘面粉塵分布情況及現(xiàn)有防降塵措施的調(diào)研，提出了掘進(jìn)氣水噴霧降塵技術(shù)及巷道雙層水幕簾聯(lián)合使用的降塵方法。

2.1 掘進(jìn)機(jī)氣水噴霧降塵技術(shù)

（1）氣水霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)及原理。

氣水霧化噴嘴主要由四部分組成：進(jìn)水端口、進(jìn)氣端口、氣水混合室以及噴霧出口，如圖3所示。其原理是：一定壓力的氣和水分別從進(jìn)水端口、進(jìn)氣端口進(jìn)入，水流在高速氣流作用下破碎成包含大量微小氣泡的液絲或液線，單股氣流和多股水流在氣水混合室內(nèi)形成穩(wěn)定的氣泡兩相流動(dòng)，混合體經(jīng)噴嘴高速噴出時(shí)，由于體積膨脹和流體攪動(dòng)作用以及周圍空氣的卷入，水被霧化成許多微細(xì)的水粒。水粒的直徑大小即水被霧化的程度取決于水和空氣的比例，同時(shí)和混合室及噴嘴的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（2）氣水噴霧模塊的設(shè)計(jì)。

針對(duì)同忻礦2203綜掘工作面掘進(jìn)機(jī)外噴霧霧化效果差，覆蓋范圍較小，割煤時(shí)粉塵大等情況，對(duì)噴嘴的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、布置方式及霧流噴射方向等進(jìn)行改進(jìn)，研制出新型氣水噴霧模塊替代原外噴霧，模塊噴嘴布置圖如圖4所示。

（3）氣水噴霧模塊的應(yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中，氣水霧化噴嘴必須要有兩道管路，即供氣管路和供水管路，可采用掘進(jìn)工作面?zhèn)缺诮舆^來的壓風(fēng)和壓水管路，氣水噴霧模塊安裝在原外噴霧的位置即可。氣水噴霧模塊霧化效果受氣水壓力比影響較大，為使模塊在井下達(dá)到最好的應(yīng)用效果，先在地面進(jìn)行試驗(yàn)，以確定符合井下要求的最佳氣水壓力比。為了模擬井下水壓實(shí)際情況，將水壓調(diào)在2.5 MPa左右，然后調(diào)節(jié)氣壓，可知當(dāng)氣壓達(dá)到0.6 MPa時(shí)，霧化效果較好如圖5所示，噴射距離達(dá)到4.5 m左右，霧化角大于120°，覆蓋范圍及噴射距離都能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。因而確定噴霧模塊井下實(shí)際參數(shù)為氣壓0.6 MPa，水壓2.5 MPa。

2.2 巷道雙層降塵水幕簾

為更好的利用水幕的除塵效果，減小對(duì)工作面環(huán)境的影響，在巷道距工作面40 m處設(shè)置雙層降塵水幕簾。利用現(xiàn)有除塵水幕，優(yōu)化噴嘴布置方式，進(jìn)行環(huán)形布置，并在水幕處設(shè)置紗網(wǎng)，減少水霧逸散，如圖6所示，水幕布置在兩層紗網(wǎng)中間，水幕朝前噴射；水霧噴射到含塵氣流中捕捉粉塵，形成含塵液滴，同時(shí)水霧噴射到紗網(wǎng)上形成水膜，對(duì)粉塵和含塵液滴進(jìn)行捕捉，減少水幕后空氣中的水霧量，降低對(duì)工作空間環(huán)境的影響。

3 降塵效果分析

通過對(duì)同忻礦2203綜掘面采取氣水噴霧模塊及巷道雙層降塵水幕簾后降塵措施后的粉塵濃度測(cè)定，得到掘進(jìn)巷人行道粉塵濃度如圖7所示，對(duì)比圖1，可知：

（1）采取降塵措施后掘進(jìn)工作面全塵和呼塵平均降塵效率分別達(dá)68.7%和69.4%左右，呼塵的平均比重有所下降；氣水噴霧對(duì)掘進(jìn)工作面粉塵控制效果明顯，尤其對(duì)呼吸性粉塵的捕捉作用，氣水噴霧的細(xì)水霧發(fā)揮了其優(yōu)越性。

（2）粉塵在距工作面40 m后處于較低水平，全塵濃度不超過100 mg/m3，呼吸性粉塵控制在50 mg/m3；雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下風(fēng)側(cè)粉塵的捕集作用大，有效的降低了隨著風(fēng)流一起擴(kuò)散的小粒徑粉塵的濃度。

4 結(jié)語

（1）氣水霧化噴嘴以其特有的霧化結(jié)構(gòu)，具備噴水顆粒較細(xì)，噴射距離遠(yuǎn)，噴水分布均勻，耗水量小等特點(diǎn)，適用于井下粉塵較大且呼吸性粉塵比重大的產(chǎn)塵區(qū)域。

（2）雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下側(cè)不易沉降的呼吸性粉塵有較好的攔截作用，同時(shí)解決了霧滴在巷道飄散的問題。

（3）氣水噴霧降塵技術(shù)與雙層水幕簾的聯(lián)合使用，有效的降低了工作面的粉塵濃度，為井下工人提供良好的工作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] GBZ/T 192-2007，工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定[S].北京：人民衛(wèi)生出版社，2008.

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（1）采取降塵措施后掘進(jìn)工作面全塵和呼塵平均降塵效率分別達(dá)68.7%和69.4%左右，呼塵的平均比重有所下降；氣水噴霧對(duì)掘進(jìn)工作面粉塵控制效果明顯，尤其對(duì)呼吸性粉塵的捕捉作用，氣水噴霧的細(xì)水霧發(fā)揮了其優(yōu)越性。

（2）粉塵在距工作面40 m后處于較低水平，全塵濃度不超過100 mg/m3，呼吸性粉塵控制在50 mg/m3；雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下風(fēng)側(cè)粉塵的捕集作用大，有效的降低了隨著風(fēng)流一起擴(kuò)散的小粒徑粉塵的濃度。

4 結(jié)語

（1）氣水霧化噴嘴以其特有的霧化結(jié)構(gòu)，具備噴水顆粒較細(xì)，噴射距離遠(yuǎn)，噴水分布均勻，耗水量小等特點(diǎn)，適用于井下粉塵較大且呼吸性粉塵比重大的產(chǎn)塵區(qū)域。

（2）雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下側(cè)不易沉降的呼吸性粉塵有較好的攔截作用，同時(shí)解決了霧滴在巷道飄散的問題。

（3）氣水噴霧降塵技術(shù)與雙層水幕簾的聯(lián)合使用，有效的降低了工作面的粉塵濃度，為井下工人提供良好的工作環(huán)境。

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（1）采取降塵措施后掘進(jìn)工作面全塵和呼塵平均降塵效率分別達(dá)68.7%和69.4%左右，呼塵的平均比重有所下降；氣水噴霧對(duì)掘進(jìn)工作面粉塵控制效果明顯，尤其對(duì)呼吸性粉塵的捕捉作用，氣水噴霧的細(xì)水霧發(fā)揮了其優(yōu)越性。

（2）粉塵在距工作面40 m后處于較低水平，全塵濃度不超過100 mg/m3，呼吸性粉塵控制在50 mg/m3；雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下風(fēng)側(cè)粉塵的捕集作用大，有效的降低了隨著風(fēng)流一起擴(kuò)散的小粒徑粉塵的濃度。

4 結(jié)語

（1）氣水霧化噴嘴以其特有的霧化結(jié)構(gòu)，具備噴水顆粒較細(xì)，噴射距離遠(yuǎn)，噴水分布均勻，耗水量小等特點(diǎn)，適用于井下粉塵較大且呼吸性粉塵比重大的產(chǎn)塵區(qū)域。

（2）雙層水幕簾對(duì)掘進(jìn)巷道下側(cè)不易沉降的呼吸性粉塵有較好的攔截作用，同時(shí)解決了霧滴在巷道飄散的問題。

（3）氣水噴霧降塵技術(shù)與雙層水幕簾的聯(lián)合使用，有效的降低了工作面的粉塵濃度，為井下工人提供良好的工作環(huán)境。

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