劉建國(guó)，曹 令

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦選煤廠， 山西 呂梁 035302)

煤塵是指在煤炭開采、運(yùn)輸和加工過程中所產(chǎn)生的粒度小于1 mm的煤炭微細(xì)顆粒，是長(zhǎng)期困擾煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重大危害源之一。目前，煤炭企業(yè)常使用的降塵方法有密閉抽風(fēng)除塵和噴霧降塵[1]，其分別依靠的主要除塵設(shè)備為：袋式除塵器、噴霧裝置。密封抽風(fēng)式除塵需要將產(chǎn)塵點(diǎn)密封，除塵效率受濕度影響較大，而且配套密封罩、集塵管等輔助設(shè)施較多；噴霧降塵對(duì)霧化粒徑要求高，除塵效率與霧化粒徑、水滴與煤塵相對(duì)速度、水壓、風(fēng)壓等多方面因素有關(guān)，降塵效果和水耗量不易把控。

1 概 況

斜溝煤礦選煤廠入洗能力1 500萬t/年，全重介分選工藝：150～50 mm塊煤采用重介淺槽分選機(jī)分選，50～1.5 mm采用兩產(chǎn)品重介旋流器分選，1.5～0.2 mm采用TCS粗煤泥分選機(jī)分選。在生產(chǎn)過程中煤炭產(chǎn)品經(jīng)過篩分、破碎、轉(zhuǎn)載等環(huán)節(jié)，煤塊與溜槽刮板等設(shè)備內(nèi)壁之間、煤塊相互間反復(fù)碰撞、沖擊，不斷產(chǎn)生煤塵，而且隨著采煤機(jī)械化、自動(dòng)化程度的提高，細(xì)粒粉煤在產(chǎn)品中占比更大且更集中。

為了控制煤塵，該選煤廠在主要振動(dòng)篩、溜槽入口以及刮板口等位置都安裝有防塵罩，同時(shí)用管道連接除塵器，通過密封抽風(fēng)除塵方式，確保了廠房室內(nèi)煤塵得到有效處理，但長(zhǎng)距離產(chǎn)品煤皮帶走廊的煤塵卻沒有較好的方法予以處理。

2 皮帶走廊煤塵來源及防治措施

2.1 走廊內(nèi)煤塵來源

在轉(zhuǎn)載過程中，煤炭在各個(gè)轉(zhuǎn)排溜槽內(nèi)碰撞產(chǎn)生揚(yáng)塵并迅速擴(kuò)散，大部分被溜槽口的集塵罩和防塵簾阻隔并被吸塵器吸收，小部分通過縫隙口彌散在轉(zhuǎn)載點(diǎn)附近空氣中，形成一定范圍的區(qū)域揚(yáng)塵，但對(duì)整個(gè)皮帶走廊內(nèi)煤塵濃度增幅極小。

該廠皮帶走廊內(nèi)煤塵主要來源于回空底皮帶震蕩揚(yáng)塵[2]. 以洗混煤皮帶703為例，產(chǎn)品煤輸送帶超300 m，且煤炭產(chǎn)品含水量保持在8%～12%，皮帶輸送完煤炭產(chǎn)品后，經(jīng)過毛刷、刮板清掃器等處理后，皮帶承載面還沾附許多細(xì)粒煤泥，一部分煤泥顆粒在皮帶運(yùn)行過程中振動(dòng)脫落，另一部分細(xì)泥經(jīng)過長(zhǎng)距離回空段與干燥空氣接觸，在皮帶和托輥的振動(dòng)影響下形成懸浮煤塵彌散在走廊空氣中，而且隨著產(chǎn)品煤輸送的持續(xù)運(yùn)行，走廊內(nèi)懸浮煤塵不斷累積增大。

2.2 治理措施

使用密封包裹或者增設(shè)長(zhǎng)距離吸塵系統(tǒng)投資成本大，工程量大，而且完全密封除塵不利于后續(xù)皮帶設(shè)備的巡檢、維護(hù)。

噴霧除塵較好時(shí)能達(dá)到60%～80%的降塵效果，但針對(duì)皮帶走廊這類長(zhǎng)距離巷道區(qū)域除塵，噴霧覆蓋范圍受限，降塵效果受限，而且走廊內(nèi)含水量大、濕度大容易加速設(shè)備機(jī)體、機(jī)架等的銹蝕。因此，該廠通過增設(shè)沖洗水幕系統(tǒng)清洗底皮帶(承載面)沾附的煤泥，減少煤塵粉煤來源，達(dá)到降塵目的。

該系統(tǒng)由供水箱、泵、管路、噴嘴、電控閥等組成，為減少施工工作量且便于日常巡檢維護(hù)，將供水箱設(shè)置在皮帶中驅(qū)樓層，見圖1.

圖1 噴水系統(tǒng)水箱布置圖

分別在皮帶走廊頂部坡段和中段設(shè)置兩處降塵水幕，即高壓水噴嘴形成的水幕，見圖2，圖3. 其中利用管道泵以及電控閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴水降塵。當(dāng)皮帶啟動(dòng)時(shí)，連鎖電控閥動(dòng)作，開啟沖洗水幕，皮帶停止水幕隨之停止。

圖2 噴水示意圖

圖3 噴頭現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

2.3 選型及參數(shù)設(shè)置

為保證噴水有足夠的沖擊力，有效清除沾附的細(xì)泥粉煤。假設(shè)水幕射流沖擊到底皮帶表面時(shí)速度不變，由此可得出表面沖擊力。

F=ρqν(1-cosβ)

(1)

式中：

ρ—噴水密度，kg/m3；

[2]葉太青：《閩東北片方言語音研究》，福建師范大學(xué)博士論文，2007年，第42-69,69-98頁(yè)。

q—噴水流量，kg/s；

V—噴水射速，m/s；

β—水幕噴射至皮帶面的角度，(°).

此外，由于壓力型噴嘴、噴水射速與供水壓力的開平方成正比[3]，計(jì)算式為：

(2)

式中：

k—試驗(yàn)系數(shù)，取3.4；

p—供水壓力，MPa.

隨著供水壓力的增大，噴水流速增加，皮帶表面沖擊力增大。經(jīng)公式推導(dǎo)并且通過反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)，得知：當(dāng)使用噴水角度為35o～45o時(shí)，供水壓力為0.7～0 MPa，可實(shí)現(xiàn)表面沾附煤泥95%以上的清潔率，其間水耗為0.010～0.015 m3/s.

其選用的立式多級(jí)離心泵為主要?jiǎng)恿υ?，參?shù)為：流量范圍2～32 m3/h；揚(yáng)程范圍15～195 m；最大工作壓力≤2.5 MPa.

為實(shí)現(xiàn)扇形沖洗水幕覆蓋整個(gè)輸送帶橫截面，且沖洗面平穩(wěn)、均勻，使用一字型組合噴頭,噴嘴可更換；出口尺寸為矩形，長(zhǎng)3 mm，寬1 mm，水幕噴頭見圖4，噴射水幕見圖5.

圖4 水幕噴頭圖

圖5 噴射水幕圖

3 效果及改進(jìn)

未安裝此自動(dòng)噴幕系統(tǒng)前，生產(chǎn)過程中皮帶走廊內(nèi)煤塵平均濃度可達(dá)到9.2 g/m3，而安裝該系統(tǒng)后，煤塵濃度降至3.3 mg/m3左右，降塵效果提高近3倍，遠(yuǎn)低于國(guó)家行業(yè)環(huán)保要求(小于10 mg/m3)[4].現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，該噴幕系統(tǒng)降塵效果良好。

長(zhǎng)時(shí)間噴水易造成生產(chǎn)水耗增大，而且底皮帶持續(xù)帶水進(jìn)入驅(qū)動(dòng)站、機(jī)尾等位置，存在一定的安全隱患。對(duì)此，將噴水改成定時(shí)啟動(dòng)，降低水耗，同時(shí)在每段噴水后端增設(shè)一道刮板清掃器(1.2～2.0 m)，避免噴水過量引起的皮帶打滑以及滾筒、托輥粘黏積聚煤泥等。

該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需注意以下幾點(diǎn)：

1) 根據(jù)產(chǎn)品煤粒度組成和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)定噴幕位置。以703洗混煤皮帶為例，經(jīng)過刮板、毛刷兩道清掃器處理后，皮帶回空運(yùn)行6～8 m位置部分粗顆粒煤泥會(huì)在自重和振動(dòng)下脫落在皮帶架底部，約45 m位置部分細(xì)泥開始形成壓片陸續(xù)脫落，且剩余粘附的煤泥基本小于45 μm(易懸浮揚(yáng)塵顆粒)，脫落的煤泥水分差超過70%，因此初段噴幕設(shè)置在清掃器回空段后(60±5)m區(qū)域。

2) 選擇適宜的壓力及噴射角度。由于輸送帶在坡段角度有所變化，對(duì)此，水幕需根據(jù)不同位置的坡角選擇合適的噴射角度。另外，隨高度增加，管徑可適時(shí)減小，以適應(yīng)同壓力下不同高度均能保證良好的沖洗效果。如703洗混煤皮帶，水幕噴射夾角從前端44°至后端調(diào)整為37°；一段輸水管徑100DN、二段輸水管徑減至60 DN(出水口高度差50 m).

3) 注意日常巡檢清理維護(hù)。底皮帶噴水易造成部分煤泥漿帶入各滾筒、托輥等位置，日常巡檢應(yīng)預(yù)防煤泥粘黏集聚造成皮帶跑偏事故。此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)噴頭使用情況的檢查，及時(shí)疏通堵塞噴頭、更換磨損噴嘴。

4 結(jié) 語

1) 通過清洗底皮帶減少煤塵來源，實(shí)現(xiàn)皮帶走廊煤塵濃度的有效控制，達(dá)到了降塵抑塵目的。

2) 無論是開放式還是密封式除塵，均需要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)效為依據(jù)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)應(yīng)用并改進(jìn)完善，達(dá)到預(yù)定目的為宜。