掘进巷道粉尘控制技术的研究

1、掘进巷道粉尘控制技术的研究摘要针对掘进巷道的特点，研制了一种高效实用的自激式水浴水膜除 尘器，并对其结构、除尘过程和与掘进机相配套的方式进行了研究分 析。还对掘进巷道中的产尘源进行了调查和分析，认为掘进巷道的防 尘方法：应先采用掘进机头的内外喷雾，然后采用长压短抽的通风除 尘系统和利用除尘器将含尘空气进行净化；对转载点除尘采用简易闭 密罩加喷雾；对巷道周壁的粉尘采用喷洒粘尘剂固尘，才能有效地降 低整个巷道的粉尘浓度。关键词掘进巷道除尘器机掘工作面转载点1 前言随着掘进巷道机械化程度的提高，高效、大功率掘进机、运输机和局 部通风设备的使用，使掘进巷道内产尘源增多、产尘量增大，巷道内 空气中的粉尘

2、浓度大大增加。掘进巷道内主要产尘源有掘进工作面、 运输设备的各转载点和巷道周壁粉尘的二次扬尘等。其中，产尘量最 大的是掘进工作面， 据测定掘进机割煤时， 粉尘浓度高达( 1000-3000) mg/m3 ;其次是运输设备的各转载点，粉尘浓度也高达(300-500) mg/m3 ; 如此多的尘源产生的大量粉尘弥散整个工作面和巷道，使掘进巷道内 粉尘浓度严重超限。这些高浓度、高分散度的粉尘严重影响矿工的身体健康，威胁着矿井的安全生产。因此，必须采取有效措施，控制掘 进巷道内各尘源的产尘量，使巷道内空气中的粉尘浓度达到规定值。 为此，笔者将对机掘工作面、转载点和巷道周壁粉尘的控制技术进行 探讨。2

3、机掘工作面除尘机掘工作面在安全生产中，突出的问题是产尘量大、分散度高，若采 用一般的降尘措施（即掘进机内外喷雾）是难以解决的。据国内外的 研究实践表明，机掘工作面的粉尘控制技术必须采取综合降尘措施， 即在掘进机内外喷雾的基础上，安装除尘设备进行吸尘净化。目前， 国内外研制的除尘器种类很多，除尘原理多种多样，但由于矿山井下 掘进巷道空间小、设备移动频繁，故要求所使用的除尘器应具有体积 小、重量轻、移动维护方便，且除尘效率高（特别是对呼吸性粉尘） 等特点。如果采用一些国内外的大型除尘系统和设备很难达到要求， 为此，笔者对煤巷机掘工作面的粉尘状况进行了现场调查和测定，并 作了大量的实验研究， 研制了

4、一种新型高效的自激式水浴水膜除尘器， 经理论论证和实验证明，该种除尘器除尘效率达 98%以上，对呼吸性 粉尘的除尘效率也达 90%。下面对其结构、除尘过程以及与掘进机相 配套方式作简要介绍。2.1 除尘器的结构和除尘原理除尘器结构如图 1 所示，主要有上下导流叶片、脱水器、水箱、轴流 式风机、排浆阀和注水孔等组成。其除法过程是含尘气体由进风口进 入除尘器转弯向下的导流叶片冲击水面，较大的尘粒由于惯性作用落 入水箱中，而较小的尘粒随气流以较高速度通过上导流叶片间的弯曲 通道时，与激起的大量水滴充分碰撞而被捕获沉降。含尘含水的气流 又在离心力的作用下，在除尘器内壁和上下导流叶片上形成一定厚度 的水

5、膜，将尘粒捕集下降。再由脱水器除掉气流中的水滴水雾后，经 轴流风机（电机外壳需作专门的防水处理）排出到巷道中，其除尘机 理主要是气流中的尘粒与液面和雾化液滴之间产生惯性碰撞、载留、 扩散等作用。总之，这种除尘器具有水浴、水滴、离心力产生的水膜 等三种除尘功能，因而可得到较高的除尘效率。另外，被水滴捕集落 入水箱里的粉尘，沉积到水箱底部或随气流冲击不断搅动，当水箱中 浓度达到一定值后，通过排浆阀定期排出，并冲洗水箱，由供水管补 充新水。2.2 通风除尘系统的确定合理的通风除尘系统，应能有效地控制掘进机产生的粉尘，并把含尘 空气吸入除尘器中加以净化，以提高除尘效率。为此，采用长压短抽通风除尘系统(

6、如图 2 所示)。这种除尘系统的管理与维护比较简单，并能有效排除瓦斯的积聚和滞留，实现粉尘的就地净化。工作面风量 由压入式局部风机供给，通过配风器调节风量，保证抽入除尘器的风 量大于工作面的实际风量，使工作面风流中高浓度的粉尘全部抽入除 尘器进行清除。除尘后的净化风流由配套风机排到巷道。压入式风筒口距机掘工作面的距离的选取：如果，压入式风筒口距机 掘工作面的距离过小，掘进工作面产生的粉尘容易被带出工作面；若 压入式风筒口距机掘工作面距离过大，则排尘风速过小，不易形成吹 吸系统，对收尘不利。根据生产实践压入式风筒口距机掘工作面的距 离，宜取L压&t;=(4-5)S开平方。除尘器吸尘口距机

7、掘工作面的距离：若除尘器吸尘口距机掘工作面的 距离太小，机掘工作面产生的大量粉尘会被风流带出，并且把大量较 粗粉尘吸入除尘器内，增大除尘器内水箱污水的清换次数；假若除尘 器吸尘口距机掘工和的距离太大，机掘工作面产生的粉尘也经过司机 以后，才被吸入除尘器，掘进机司机处的粉尘浓度得不一有效除低， 对掘进机司机身体危害极大。因此，一般除尘器吸尘口距机掘工作面 的距离选取L压<=1.5S开平方为宜。2.3 除尘器的安装和使用方法由于井下工作条件的特殊性，要求除尘设备移动安装拆卸方便，并保 证除尘设备与掘进机同步前进，减少工人的劳动强度。本文中采用的 除尘器的安装是针对邢台矿业集团东庞煤矿

8、2709 工作面（属低瓦斯矿井）的生产作业条件，并在不影响掘进工人工作的情况下，经过反复 考虑而采用的如图 2 所示的除尘系统安装方法。即除尘器和风机安装 在桥式皮带两侧，在掘进机两侧悬挂吸风筒，吸尘罩安装在掘进机截 割臂上，它们之间分别用钢性和伸缩风筒连接除尘器与风机，这样在 掘进机和桥式皮带两侧分别形成两个独立的除尘系统，互不干扰，基 本上不影响掘进工人工作。由于一台除尘器的处理风量为（60-70）m3/min ，因此，采用两台除尘器并联使用。每套除尘系统的阻力为 1300Pa左右，故选用两台JBT-42型防爆轴流通风机，其电机功率为4kW 在除尘器运行前（或每班开工时） ，先用软管把除尘

9、器水箱中含尘污水 放入巷道水沟中，再向水箱注入清水，由水位指示器显示水箱的注水 量。除尘设备运行一定时间后（约一天） ，再放污水和清水各一次，操 作比较简单。除尘设备、掘进机和压入式局部风机的供电线路要有风 电闭锁装置。当局部风机一旦因故停止运转或工作面瓦斯超限时，除 尘设备和掘进机便能及时断电，停止运转；只有在压入式局部风机正 常运转和工作面瓦斯浓度不超限的状态下，除尘设备和掘进机的开关 才能启动起来。3 转载点除尘在掘进巷道内通常安装多台运输设备，各转载点（例如，掘进机到桥 式皮带、从皮带运输机到皮带运输机或刮板运输机）在运煤过程中都 会产生大量粉尘。这主要原因是各转载点存在一定的落差，煤

10、炭在下 落过程受到空气阻力的作用，使周围空气发生流动，造成煤炭中细小 粉尘悬浮起来，飞扬到空气中。根据气体动力学原理，对上述悬浮粉 尘进行分析，不难得出以下结果：对这些粉尘若不采取措施，就会长 时间地停留在空气中不沉降，由于掘进巷道中空气存在一定流速，就 会把微细粉尘带到别的工作地点，致使整个巷道中粉尘浓度增加。目 前，控制转载点的粉尘措施主要有降低煤炭的下落高度、喷雾酒水和 密闭抽尘。由于井下掘进巷道断面面积较小，运输设备拆卸安装次数 较多，不象运输大巷或地面皮带运输机那样，各转载点可安装密闭抽 尘除尘器净化系统。为此，在转载点采用喷雾洒水时，为防止粉尘还 未被充分湿润就被风流带走，又采用了

11、转载点无风机抽尘的简易密闭 罩净化系统，如图 3 所示。罩内设有喷雾器，密闭罩与皮带接触处采 用橡胶板接触，以防止粉尘向外溢出，密闭罩结构尺寸，根据实际需 要而定。4 巷道周壁抑尘 由于掘进巷道周壁聚集大量粉尘，单用洒水湿润，有效抑尘时间短， 很麻烦，效果往往不好，冲洗的方法虽较彻底但耗水量很大。为有效 防止沉积于巷道周围的粉尘再次飞扬，污染风流，采用在巷道周壁喷 酒粘尘剂来抑尘。它的基本原理是将沉积煤尘彻底湿润，并使其失去 飞扬性。由于一般水份容易蒸发，所以在粘尘剂中主要添加了吸水性 很强的盐类溶液，但是在单独使用这种盐溶液或水时，往往不能充分 湿润煤尘，因此在粘尘剂中还添加了表面活性剂物质。这种粘尘剂主 要成分是氯化钙和氯化镁等物质。粘尘剂可以持续湿润由井下空气带来的、不断沉积于巷帮和底板的煤 尘，随着粘尘量不断增加，粘尘剂需要不断吸收空气中的水份。但当 煤尘过量沉积，致使粘尘剂不能再保持流体状态时，就会失去湿润能 力，这样需要重新喷洒粘尘剂。粘尘剂的喷洒方法采用人工喷洒，工 艺设备较简单。5 结语由于煤矿井下条件的特殊性， 掘进巷道的粉尘危害一直没有很好解决 上述除尘方法是笔者多年进行理论探讨