綜合機(jī)械化掘進(jìn)煤巷工作面除塵風(fēng)機(jī)除塵效果研究

姜書平　樊金志　周連春

摘要：詳細(xì)闡述了在綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面使用濕式除塵風(fēng)機(jī)的工作原理、選型、安裝及效果測試和分析工作，并對其存在的問題提出了整改意見，收到了良好的使用效果，促進(jìn)了礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：粉塵；濕式除塵風(fēng)機(jī)；除塵率

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.24.090

1前言

在煤礦的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載和綜合機(jī)械化采掘生產(chǎn)過程中，都會有大量的粉塵伴隨的不同的生產(chǎn)工藝涌向采掘空間，給煤礦工人的生命安全帶來了很大的危害。目前面對日益嚴(yán)重的粉塵危害傳統(tǒng)的防降塵技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足相關(guān)要求。因此必須打造一個生產(chǎn)安全、環(huán)境優(yōu)美的作業(yè)環(huán)境，并對礦山粉塵進(jìn)行有效地預(yù)防和治理是煤礦防塵工作的重點(diǎn)所在。

2蘇家溝煤礦及綜掘工作面概況

蘇家溝煤礦位于鄂爾多斯市東勝區(qū)北約25km處，由原蘇家溝煤礦、安泰獨(dú)貴溝煤礦和納林溝煤礦獨(dú)貴溝井三對礦井整合而成，為改擴(kuò)建礦井，2010年鶴煤公司對該礦進(jìn)行整合，7月15日進(jìn)行礦井試生產(chǎn)，蘇家溝煤礦核定生產(chǎn)能力為150萬噸/年。井田東西寬約247km，南北長約303km，井田面積為4439km2。蘇家溝煤礦東部與燕家塔露天礦相鄰，東南部與神華唐公溝礦、創(chuàng)業(yè)煤礦相鄰，西部以包神鐵路為界，與興旺露天煤礦相鄰，北部與創(chuàng)新露天礦、建金煤礦、唐公溝三號井相鄰。2016年9月經(jīng)內(nèi)蒙古安科安全生產(chǎn)檢測檢驗有限公司鑒定為低瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為114m3/min，相對瓦斯涌出量為036m3/t。井田內(nèi)煤層煤塵均有爆炸性，屬易自燃煤。蘇家溝煤礦的Ⅱ0116回風(fēng)上山以矩形斷面對巷道進(jìn)行布置，巷道全長920m，斷面面積為925m2，其中高度為25m，寬度為37m，為了提高掘進(jìn)機(jī)械化水平該礦采用EBZ-160SH掘進(jìn)機(jī)在Ⅱ0116回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面進(jìn)行掘進(jìn)施工，并且采用了皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)聯(lián)合進(jìn)行運(yùn)輸煤炭。掘進(jìn)工作面采用了FBDNo18/35×2局部通風(fēng)機(jī)向工作面通風(fēng)，一臺局部通風(fēng)機(jī)工作，另一臺局部通風(fēng)機(jī)備用。局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為650～1000m3/min，工作面風(fēng)量為750～850m3/min。工作面采用了巷道中安裝大水幕、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)個轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝噴霧和掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧降塵等措施進(jìn)行綜合滅塵，但是滅塵效果并不太理想，因此該礦積極探索研究利用除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行除塵的新技術(shù)收到了良好的使用效果。

3選用、安裝和使用除塵風(fēng)機(jī)

3.1濕式除塵風(fēng)機(jī)工作原理

本次試驗所選用的濕式除塵風(fēng)機(jī)型號為FBD系列除塵風(fēng)機(jī)，此系列的除塵風(fēng)機(jī)能將液滴強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)形成水霧而與含有粉塵的空氣增大接觸面積，從而使細(xì)微粉塵與水霧充分混合生成含塵液滴，將水霧與粉塵的結(jié)合物在離心力的作用下，拋到風(fēng)筒壁上，這樣就可以捕獲粉塵，然后通過積水盒將粉塵排出，從而使得空氣得以凈化，采用此種除塵風(fēng)機(jī)改變了傳統(tǒng)采用過濾網(wǎng)除塵的方式。由負(fù)壓風(fēng)筒、除塵風(fēng)機(jī)以及供水膠管等共同組成了整個除塵系統(tǒng)，噴霧離心式除塵的原理是其核心技術(shù)，將一組水幕和兩組葉輪安裝到在除塵風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)側(cè)，進(jìn)風(fēng)接負(fù)壓風(fēng)筒，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生離心力作用，可以將含有粉塵的空氣以及含塵液滴的水霧排出，這樣就在掘進(jìn)機(jī)切割的時候，巷道中的粉塵就會大量降低，達(dá)到降低掘進(jìn)工作面粉塵的目的。

3.2選擇除塵風(fēng)機(jī)的型號

為了降低掘進(jìn)工作面粉塵濃度，如果掘進(jìn)工作面采用壓入式通風(fēng)方式供風(fēng)，應(yīng)根據(jù)風(fēng)筒末端的風(fēng)量來選擇除塵風(fēng)機(jī)的型號，壓入式風(fēng)筒出口風(fēng)量應(yīng)小于抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)量。除塵風(fēng)機(jī)的選用既能夠保證并且維持在風(fēng)筒重疊段巷道內(nèi)，具有最低的稀釋瓦斯風(fēng)速，又能保證對工作面的全部風(fēng)量進(jìn)行除塵處理，即

Qc≥ QY+15×S（1）

蘇家溝煤礦的Ⅱ0116回風(fēng)上山巷道掘進(jìn)的過程中，除塵風(fēng)機(jī)型號的選擇應(yīng)能滿足：

Qc≥ QY + 15×S=2095 m3/min +15 m/min×925m2=348m3/min（2）

式中：

Qc—選用的除塵風(fēng)機(jī)其進(jìn)風(fēng)風(fēng)筒的末端風(fēng)量；

QY —選用的壓入式風(fēng)機(jī)其風(fēng)筒末端的風(fēng)量，試驗期間為2095 m3/min；

S —Ⅱ0116回風(fēng)上山巷道的凈斷面面積，為925m2；

蘇家溝煤礦Ⅱ0116回風(fēng)上山巷道在試驗時選用的除塵風(fēng)機(jī)型號為FBD-400D，其理論供水壓力為08MP，處理的風(fēng)量為400m3/min。

3.3安裝除塵風(fēng)機(jī)

在蘇家溝煤礦的Ⅱ0116回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面布置除塵風(fēng)機(jī)距離掘進(jìn)迎頭的距離不得小于24m。除塵風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)一側(cè)的風(fēng)筒采用可伸縮阻燃的骨架風(fēng)筒，直徑為60cm，風(fēng)筒吊掛在轉(zhuǎn)載機(jī)左側(cè)固定的撐桿上，除塵風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)側(cè)風(fēng)筒入風(fēng)口應(yīng)位于掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前面05～10m處。骨架風(fēng)筒接到除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口處，其長度不得小于15m，這樣就可以將除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)流導(dǎo)向固定的方向，除塵風(fēng)機(jī)選用的電源可以與掘進(jìn)機(jī)共用同一電源、同一開關(guān)，確保掘進(jìn)機(jī)工作的同時除塵風(fēng)機(jī)也同步工作，使用掘進(jìn)機(jī)的供水軟管給除塵加濕器供水。

4測試除塵效果

首先將除塵風(fēng)機(jī)安裝到測試的掘進(jìn)工作面，確保其能夠正常運(yùn)行，在除塵風(fēng)機(jī)外側(cè)20m處選擇一處測點(diǎn)。掘進(jìn)機(jī)正常工作時，在測點(diǎn)位置風(fēng)別測量不開啟和開啟除塵風(fēng)機(jī)狀態(tài)下的粉塵濃度，開啟狀態(tài)下又分為出風(fēng)口水平排風(fēng)時和出風(fēng)口垂直向上排風(fēng)時的粉塵濃度。將除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口采用水平布置排風(fēng)的時候，測試點(diǎn)位置的選擇以及巷道粉塵濃度的測量位置如圖3 所示；將除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口采用垂直向上排風(fēng)的時候，測試點(diǎn)位置的選擇以及巷道粉塵濃度的測量位置如圖4所示。在3中狀態(tài)下粉塵測量的統(tǒng)計結(jié)果見表1。與此同時，在測粉塵濃度期間應(yīng)進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量以及壓入式風(fēng)筒末端的風(fēng)量測定，測定結(jié)果如下：除塵風(fēng)機(jī)排風(fēng)量為360 m3/min，壓入式風(fēng)機(jī)風(fēng)筒末端風(fēng)量為215m3/min。endprint

5蘇家溝煤礦選用的除塵風(fēng)機(jī)除塵效果分析

通過蘇家溝煤礦試驗，除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口垂直向上出風(fēng)時，平均除塵率為797%；風(fēng)機(jī)出風(fēng)口水平出風(fēng)時，平均除塵率為702%。

（1）由于出風(fēng)流中攜帶的濕潤粉塵與巷道頂板相互沖擊、碰撞后粘貼到了巷道頂板上，所以可以增加捕塵效果，因此，除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)流方向?qū)Τ龎m效果有很大的影響，垂直向上的出風(fēng)流方向要比水平出風(fēng)的除塵率增加大約10%左右。

（2）由于除塵風(fēng)機(jī)通過水霧與粉塵的沖擊碰撞捕捉粉塵，所以捕捉掘進(jìn)工作面微細(xì)粉塵的效果較差，而對粒徑較大的粉塵捕捉效果較好。

（3）使用除塵風(fēng)機(jī)時，一方面加濕噴霧所噴出的水滴通過高速風(fēng)流的作用霧化效果較好，這樣就增加了水霧與巷道中粉塵的結(jié)合率，結(jié)合以后在短距離內(nèi)就會沉降；另一方面由于粉塵在通過除塵風(fēng)機(jī)的時候，粉塵受到高速氣流沖擊后，與霧化后的水滴會很好的結(jié)合，有些濕潤粉塵即使沒有被捕捉到，在重力的作用下，運(yùn)動很短的距離后就會沉降，從而達(dá)到充分降塵的目的。

（4）除塵風(fēng)機(jī)在正常工作時產(chǎn)生的噪音比較小，而且要比掘進(jìn)機(jī)警鈴的聲音要小，在掘進(jìn)機(jī)警鈴報警時可以正常傳遞，確保礦井安全。

（5）除塵風(fēng)機(jī)將掘進(jìn)工作面的粉塵與水霧的結(jié)合物直接排到刮板機(jī)上，與煤一起運(yùn)輸出去，因此，既不會造成巷道積水，也能保證巷道的文明生產(chǎn)。

6結(jié)語

（1）應(yīng)設(shè)計專門的風(fēng)流進(jìn)口裝置以分散的形式進(jìn)行布置，用進(jìn)風(fēng)連接管把各進(jìn)風(fēng)口連接到主進(jìn)風(fēng)通道上，就可以減少掘進(jìn)機(jī)操作位置流入高濃度的粉塵。

（2）為了達(dá)到除塵系統(tǒng)和轉(zhuǎn)載機(jī)以及掘進(jìn)機(jī)在安裝上的協(xié)調(diào)性及美觀性，應(yīng)進(jìn)行合理設(shè)計。這樣不僅便于除塵風(fēng)機(jī)安裝到掘進(jìn)機(jī)上，能夠使其與掘進(jìn)機(jī)外觀相協(xié)調(diào)，同時避免掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的視線因風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)風(fēng)筒而產(chǎn)生影響，以及影響其他作業(yè)人員在掘進(jìn)機(jī)上的操作，因此，就得把掘進(jìn)機(jī)機(jī)身部位的骨架風(fēng)筒用扁式箱體進(jìn)風(fēng)道進(jìn)行替代。此外，風(fēng)流進(jìn)入除塵風(fēng)機(jī)前的流程中，在箱體式進(jìn)風(fēng)道中增加設(shè)置捕塵和加濕裝置，增加除塵環(huán)節(jié)，就可以使得除塵風(fēng)機(jī)的捕塵效果更加顯著。

（3）為了增加捕塵效果，應(yīng)將專門的垂直擴(kuò)散器設(shè)計安裝在除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)流出口處，風(fēng)流離開除塵風(fēng)機(jī)以后直接沖擊到頂板上，這樣就可以使粉塵與水霧的結(jié)合物在撞擊后粘貼在巷道的頂板上面。

（4）為了改善巷道作業(yè)環(huán)境，可以在風(fēng)機(jī)出口處增加捕捉水霧裝置的布設(shè)，從而減少巷道內(nèi)的水霧。

（5）設(shè)計時使用單級的除塵風(fēng)機(jī)，并且采用雙級對旋的設(shè)計，這樣就可以減小風(fēng)機(jī)的直徑，避免功率較大時風(fēng)機(jī)的直徑太大，從而不利于現(xiàn)場的安裝及使用。

（6）除塵風(fēng)機(jī)在使用時，可以將壓入式風(fēng)筒的出風(fēng)口與工作面迎頭之間的距離適當(dāng)增加，就可以增加除塵風(fēng)機(jī)的除塵效果，但是應(yīng)確保風(fēng)流在效射程的范圍內(nèi)。

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