综掘工作面抽尘净化系统的研究与应用

综掘工作面抽尘净化系统的研究与应用

挖掘工作是煤矿最重要的产屑来源之一。其粉末质量浓度远远超过标准《采矿安全规则》规定的10mg-3m，部分车间的粉末质量浓度达到1500mg-3m。这是100倍。它不仅严重威胁矿山的安全生产，而且严重危害了车间工人的健康健康状况。针对这种情况,各个煤矿采用了不同的除(降)尘措施,包括使用各种除尘器对工作面含尘气流进行抽尘净化,这些措施在一定程度上降低了掘进工作面的粉尘浓度,改善了掘进工作面的作业环境,但还不能满足《煤矿安全规程》的要求。因此,如何提高掘进工作面所用除尘器的除尘效率,特别是如何提高对呼吸性粉尘的除尘效率已成为各方均十分关注的重大课题。在国外,采用控尘与除尘相结合的技术对综掘工作面粉尘进行治理,已经取得了很好的效果。德国在综掘工作面采用附壁风筒控尘技术和内外喷雾与干式袋式除尘器相结合的综合防尘措施控制截割头的粉尘,使净化后的空气含尘量大大降低,达到1mg/m3以下。波兰采用湿式旋流除尘技术与涡流控尘技术相结合,使掘进机司机位置和除尘器后方10m处的呼吸性粉尘平均质量浓度下降到3.7mg/m3。无论是德国的袋式除尘器还是波兰的湿式旋流除尘器都由于其体积较大,均不适用于我国煤矿综掘工作面的生产技术条件,因此无法推广使用。目前国内对于综掘工作面粉尘污染的治理,一般只采用除尘器抽尘,而未采取控尘措施,这样导致大量粉尘无法被除尘器收集处理,造成工作面收尘效率低,一般在80%以下,加之国内煤矿用除尘器的除尘效率不高,特别是对呼吸性粉尘的除尘效率不高,导致综掘工作面粉尘,特别是呼吸性粉尘浓度居高不下,严重威胁作业人员的身体健康。因此,研究适合我国煤矿井下综掘工作面生产技术条件的高效降尘系统,降低综掘工作面粉尘浓度,特别是呼吸性粉尘浓度,对于保障煤矿的安全生产和保护作业人员的身体健康均具有十分重要的意义。1涡流发生器的关闭特性涡流控尘装置主要由风筒存储装置、涡流发生器和涡流风筒组成,如图1所示。考虑掘进中每掘进3~5m移动1次,将该控尘装置设计成雪橇支撑形并由掘进机牵引移动。当除尘器开始运行时,自动启动涡流发生器,其叶轮高速旋转使涡流风筒径向缝隙出口排出的风流风速提高1倍以上,起到在大型断面形成空气屏幕的作用,在通风方式上形成混合式通风;当掘进机停止工作时,没有粉尘产生,除尘器处于关闭状态,这时自动关闭涡流发生器,70%以上的风流将从涡流风筒端部轴向出口排出,即风流大部分沿轴向直吹掘进头,形成单独通风系统。涡流发生器叶轮直径与内置式电动机的内筒相同,故当其停止运转时,不会影响压入风流通过。风筒存储装置内装有10m的可伸缩风筒,当控尘装置向前移动使其从收拢状态变成完全展开状态;继续前移时就要将10m可伸缩风筒与供风筒拆开,把伸缩风筒重新收拢到风筒存储器上,同时用10m新供风风筒接入供风筒端和可伸缩风筒之间,如此循环。2除尘器配套风机叶轮液动湿式除尘器主要由进风集流器、喷雾器、液动风机、旋风导流体及脱水装置等组成,见图3。液动湿式除尘器工作原理:掘进机液压系统高压油驱动液压马达带动风机叶轮高速旋转,由此产生的抽吸负压通过进风集流器将含尘气流吸入,含尘气流在经过喷雾器时与喷雾器喷射出的水雾相混合后进入风机,在风机叶轮的搅动下含尘气流与水雾得到进一步的混合,增强水雾与风流中粉尘的相互作用;在风机的驱排作用下含尘气流进入旋风导流体并产生高速旋转运动,粉尘经与水雾粒子相互作用被捕获,未被捕获的粉尘粒子在离心力的作用下被抛向除尘脱水装置壁面,与附着在除尘脱水装置壁面上不断向前运动的水膜相混合而被捕获,使粉尘粒子从含尘气流中得到分离;被抛向除尘脱水装置壁面上的水雾形成一层沿出口方向不断向前旋转运动、并夹带或吸附粉尘粒子的水膜层,在除尘脱水装置排风口处从风流中分离出来并由排污管排出,得到净化的风流由排风口排出,从而达到净化含尘风流的目的。除尘器配套风机叶轮采用抗静电、阻燃、高强度塑料,风机由液压马达驱动,运行过程中不会产生摩擦火花,使用寿命长。通过调节供给液压马达的油量,可实现对风机的无级调速,获得不同的处理风量,以适应不同的作业需求。3长压短抽通风除尘系统工艺参数高效的除尘器,虽然有很高的除尘效率,但如果机掘工作面产生的粉尘绝大多数不能进入除尘器中净化处理,机掘工作面高浓度的粉尘仍然不能有效地去除。因此选择合理的配套工艺,充分发挥通风排尘、控尘和高效抽尘净化的作用,使之与机掘工作面的生产技术条件、特别是与采用的掘进机相适应,形成一套完整的通风—除尘系统,是实现高效降低机掘工作面粉尘浓度的关键所在。综掘工作面抽尘净化系统总体布置如图4所示。为提高掘进工作面的降尘效果,长压短抽通风除尘系统工艺参数应符合以下几点要求。1)除尘器处理风量应为工作面供风量的75%~85%,即应满足式(1)的要求:Q′=(0.75~0.85)Q(1)式中:Q′为除尘器的处理风量,m3/min;Q为工作面供风量,m3/min。2)压入式风筒口距掘进工作面的距离一般以12~15m为宜,也可按式(2)进行计算:Lf≤5S√(2)Lf≤5S(2)式中:Lf为压入式供风筒的控尘装置末端出风口距掘进工作面距离,m;S为巷道断面积,m2。3)除尘器吸尘口距掘进工作面的距离一般最大不超过4m,也可按式(3)进行计算:Li≤1.5S√(3)Li≤1.5S(3)式中Li为压入式供风筒的控尘装置末端出风口距掘进工作面距离,m。4)除尘器排放口与供风风筒的控尘装置前端出风口的重叠段距离一般在3~10m,也可按式(4)进行计算:Lv≤2S√(4)Lv≤2S(4)式中Lv为除尘器排放口与供风风筒的控尘装置前端出风口的重叠段距离,m。4巷道围岩风源该系统在新汶协庄矿11107E运输巷掘进头应用。此巷道设计长度980m,掘进时采用切圆拱形断面、破煤层顶板施工,采用锚带网支护,S荒=10.54m2,S净=9.24m2。巷道施工采用S150型掘进机割煤,采用YT-24型风钻、MSZ60型煤风钻或MQT系列锚杆钻机打眼,风源来自地面压风机房。安装锚杆时使用MSZ60型煤风钻。工作面采用涡流控尘和液动湿式除尘技术后,通过测试,割煤时平均粉尘质量浓度由530.3mg/m3降至37.34mg/m3,降尘率为92.9%。显著改善了工作面的作业条件,有效地保证了矿井的安全生产。5出风方向、通风除尘工艺优势1)综掘工作面由于产尘强度大,必须采取控尘和除尘相结合的综合防尘措施,方能有效降低其粉尘浓度。2)涡流控尘技术采用主动改变综掘工作面供风系统出风方向,能有效控制工作面掘进过程中产生的粉尘向巷道后方扩散,从而提高除尘系统的收尘效率。3)液动湿式除尘器具有安全性能好、除