杜 兵

（潞安集團漳村煤礦， 山西 長治 046032）

引言

目前，相關(guān)研究人員對防治綜掘工作面粉塵進行了大量的研究。有的學(xué)者認為，可以借助增壓水泵的方式對綜掘面實施噴霧，這樣能夠起到防塵的效果。有的學(xué)者通過分析綜掘工作面生產(chǎn)條件以及相應(yīng)的工藝制定出高效泡沫降塵技術(shù)，與此同時設(shè)計出泡沫除塵系統(tǒng)各部件，這樣可以通過如下方法實現(xiàn)防塵與降塵的效果，諸如煤體注水、除塵風機以及相應(yīng)的高壓添加劑噴霧降塵等。此外還提出使用風幕集塵的綜掘工作面降塵方法，首先通過相應(yīng)的實驗與數(shù)模仿真，從而設(shè)計了相應(yīng)的設(shè)備等。當前礦井綜掘工作面往往使用如下方式實現(xiàn)防塵：通風除塵、干式除塵、噴霧除塵、化學(xué)抑塵等。雖在理論與實踐方面已經(jīng)取得了較大的進步，可是在應(yīng)用效果方面并不理想。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，投入的成本較大，給礦業(yè)公司帶來不必要的經(jīng)濟負擔，因此出現(xiàn)排斥附加除塵裝置的現(xiàn)象。二是，采用機械防塵一般系統(tǒng)相對繁瑣，設(shè)備的尺寸較大占用空間，以及安裝相對繁瑣。三是，吸塵點與產(chǎn)塵位置之間距離相對較遠，效果不佳。鑒于此，通過研究已經(jīng)推行的設(shè)備，提出一種追蹤捕塵理論構(gòu)想，與此同時研究相應(yīng)的系統(tǒng)工藝，以期能夠?qū)崿F(xiàn)綜掘工作面除塵的目的[1-2]。

1 綜掘工作面產(chǎn)塵規(guī)律及塵源特性

在綜掘開展作業(yè)的過程中，通常情況下，當掘進機截割頭與煤巖在接觸瞬間，往往在接觸位置出現(xiàn)較大的應(yīng)力，不僅使得煤層破碎，而且可以產(chǎn)生一定量的灰塵。在此狀態(tài)下，往往能夠使得煤粉核形成密實形式，但是由于截齒的深入，將會打破此狀態(tài)，形成大量的煤粉，并沿著工作面?zhèn)鞑ァＭǔ７蹓m傳播形式主要有如下兩種運動分為水平運動、重力沉降。當下處于水平狀態(tài)時，粉塵往往受到一種來自于氣流的拖拽力，速度往往從零急劇增加到氣流速度，與此同時顆粒度大小和氣流速度正相關(guān)。當處于垂直傳播狀態(tài)時，粉塵顆粒越大，相應(yīng)的下沉速度越快。

通常，綜掘工作面塵源往往來源于如下幾種：第一，截割頭與煤壁的工序；第二，截齒破煤導(dǎo)致的煤塊錯位；第三，巷道其他地點隨壓風進入作業(yè)面的粉塵。

塵源特征主要是通過擴散進行傳播，當處于通風的環(huán)境中，通常粉塵往往受到內(nèi)外因子的影響。其中，外部因子主要由如下幾點構(gòu)成：作業(yè)地點溫濕度、風速等，濕度與氣流速度越大，那么相應(yīng)的粉塵傳播越快。表1 表示當處于20 ℃時，相應(yīng)的綜掘工作面粒度塵源對應(yīng)的擴散系數(shù)。

表1 各種不同粒度塵源的大致擴散系數(shù)情況表

2 塵源追蹤捕塵原理

經(jīng)過上述分析發(fā)現(xiàn)，假如能夠?qū)崿F(xiàn)較好地防塵效果，必須在粉塵形成前后以及擴散之前，開始對粉塵源進行收集以及相應(yīng)的捕獲。

2.1 集塵

對于綜掘工作面的塵源，必須控制相應(yīng)的擴散，效果相對理想的方法是風集塵，通?？梢酝ㄟ^分風裝置調(diào)節(jié)軸、徑向風流，這樣能夠?qū)⑹沟霉ぷ鳝h(huán)境中的方向以及供風量發(fā)生變化，最終可以使得掘進工作面位置的粉塵向綜掘機司機前方空間擴散，見下頁圖1。

2.2 捕塵

能夠及時準確的捕獲如下三部分產(chǎn)生的粉塵：第一，截割頭；第二，裝載盤；第三，掘進機轉(zhuǎn)載點。其相應(yīng)的工藝流程：在掘進機機尾位置設(shè)置除塵風機，與此同時設(shè)置抽出式骨架風筒，并且需要在截割頭、裝載盤兩翼上方、轉(zhuǎn)載點位置設(shè)置相應(yīng)的風筒，這樣可以在吸塵口位置實現(xiàn)追蹤塵源的目的。

此捕塵系統(tǒng)優(yōu)勢為僅僅設(shè)置了除塵的功能，這樣能夠極大地簡化設(shè)備。能夠減少吸塵點到產(chǎn)塵源之間的長度，較好地減小了負壓損失，從而優(yōu)化捕塵能力，見圖2。

圖1 分風集塵原理

圖2 追蹤捕塵原理

2.3 除塵

礦用振弦式除塵風機通常必須具備如下幾個方面的特點：第一，滿足風量要求；第二，除塵能力強；第三，重量輕；第四，性能穩(wěn)定；第五，移動方便等。此裝置不僅可以實現(xiàn)噴霧，而且能夠?qū)崿F(xiàn)振弦捕塵的效果。當含塵空氣進入風機之后，經(jīng)過振弦過濾板以及對應(yīng)的供水噴霧系統(tǒng)共同處理之后，粉塵通過污水口排出，經(jīng)過處理的空氣進入巷道，見圖3。

3 追蹤捕塵系統(tǒng)

追蹤捕塵系統(tǒng)對應(yīng)的流程為：首先通過分風裝置實現(xiàn)如下處理：調(diào)節(jié)軸向、徑向風流，實現(xiàn)集塵。接著，在抽出式骨架分風筒吸塵口位置，應(yīng)用振弦式除塵風機凈化空氣。圖4 表示相應(yīng)的捕塵工藝。

假如掘進機處于工作狀態(tài)時，上氣電磁閥控制壓入風流，這樣可以有效地改變軸向以及對應(yīng)的徑向。軸向風流主要通過壓入風筒出口，接著隨著頂板移動到工作面前端，當能夠?qū)崿F(xiàn)綜掘作業(yè)稀釋瓦斯的條件下，盡可能減少風速，這樣能夠保證工作面塵源的風流擾動，最終能夠達到追蹤捕塵的效果。徑向風流由分風裝置徑向出風口，并使用合適的出風角度，借助抽出式骨架風筒吸風口負壓，這樣能夠有效地防止粉塵向掘進巷道后方擴散，從而能夠幫助捕塵系統(tǒng)收塵。對于軸向風流而言，其最終都需要經(jīng)過振弦式除塵風機后進入掘進巷道后方，最終可以將風流中包含的粉塵消除。假如掘進機處于停止狀態(tài)時，相應(yīng)的塵源追蹤捕塵系統(tǒng)地工作時間設(shè)定為1 min 后停止，與此同時關(guān)閉分風裝置徑向出風口，回歸正常通風方式。

圖3 振弦式除塵原理

圖4 追蹤捕塵工藝

4 結(jié)論

1）礦井綜掘過程中出現(xiàn)的粉塵，其在擴散的過程中主要受到如工作地點溫濕度、風速、粉塵密度等因素的影響。最佳的防塵在于粉塵形成后以及相應(yīng)的擴散前完成對其捕獲。

2）追蹤捕塵系統(tǒng)最重要的位置為實時追蹤產(chǎn)塵源，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)塵、集塵、捕塵以及相應(yīng)的除塵效果。

3）通過在潞安集團某煤礦現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)整，達到了理想的除塵效果，軸向、徑向出風口除塵率可以達到94.8%、97.8%，由此可以看出除塵效果比較理想。這樣不僅可以優(yōu)化煤礦采礦工況環(huán)境，而且能夠保護礦井下工作人員的生命健康。