掘进巷道粉尘封闭治理技术研究

朱起超

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

1 引言

粉尘是原煤开采的主要衍生物之一。综采工作面粉尘一般经回风联络巷排出，采煤机喷雾、架间喷雾和防尘水幕都可以起到较好的防尘抑尘作用，而掘进巷道一般为独头巷道，掘进机作业产生的粉尘会在风筒的作用下扩散至整个巷道，极易造成大面积的粉尘污染，严重影响作业人员的身心健康和现场质量标准化工作，甚至导致煤尘爆炸等次生灾害[1]。因此，如何从尘源处有效抑尘降尘，从源头降低粉尘污染，一直是煤矿行业绿色开采的重要研究课题之一。

2 现场概况

岳城煤矿为晋煤沁秀公司下属高瓦斯矿井，矿井通风方式为分区通风，巷道采用局部通风机供风，每掘进50m贯通一个横川，将前一个横川临时封闭，巷道配风量满足要求。试验巷道为13091巷，巷道全长1350m，掘进期间全尘浓度平均在700mg/m3，呼吸性粉尘平均在245mg/m3，割煤期间机组至横川及回风通道能见度不足5m，严重影响作业安全和职工身心健康。因此非常有必要研究工作面封闭除尘技术，确保巷道安全掘进。

3 研究内容

针对岳城煤矿综掘工作面粉尘大的问题，拟采用“三步封闭除尘法”：一是在摇臂附近安装引射除尘装置，在粉尘刚刚产生的初级阶段捕获处理一部分粉尘；二是在掘进机右侧（回风侧）采用机载高压喷雾装置对扬起的粉尘进行“打压”；三是利用轻质附壁风筒和自移式高频脉冲除尘风机的匹配将工作面的粉尘控制在迎头并通过除尘风机捕捉处理，最终形成综掘工作面高效封闭除尘系统。

3.1 技术路线

综掘工作面封闭除尘系统是利用引射除尘装置和机载高压喷雾除尘装置对综掘工作面的大部分粉尘进行沉降处理，再通过研究高频脉冲湿式除尘风机与附壁风筒的匹配性，利用附壁风筒形成空气屏障，将高浓度粉尘控制在掘进迎头范围内，避免其向工作面其他人员作业区域扩散，再利用除尘风机将掘进工作面产生的粉尘捕捉沉降。其技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

3.2 粉尘分布研究

在13091巷现场采样，采样高度为工人呼吸高度，采样点布置如图2所示。

图2 综掘工作面粉尘采样点布置示意图

分别对掘进机不同区域、不同时段单位面积粉尘量进行统计，为综掘工作面封闭除尘系统研究提供理论依据。

3.3 摇臂引射除尘装置

通过模拟试验优选出适合岳城煤矿综掘工作面掘进机摇臂不同位置的引射除尘的引射量，确定合理的压力等参数，在截割臂上距截割头≥2m处安装引射除尘装置，实现最优降尘效果[2]。如图3所示。

图3 引射除尘装置安装示意图

由于引射除尘装置离工作面迎头比较近，为防止片帮落石对设备造成损坏，需要对设备进行加固优化设计。

3.4 机载高压喷雾装置

通过捕获到的粉尘在风流的作用下二次飞扬和自身的加速，将继续向着风流阻力较小方向运动，此阶段采用设置在掘进机右侧（回风侧）的机载高压喷雾装置对粉尘进行“打压”，一些大颗粒的粉尘在此阶段湿润沉降。此时工作面能见度大大提高，同时减缓粉尘飞扬速度为下一步高频脉冲除尘装置粉尘捕获提供有利条件[3]。如图4所示。

图4 机载高压喷雾泵系统示意图

4 封闭抑尘系统

经过引射除尘装置、机载高压喷雾降尘装置两级降尘措施处理后，剩下的粉尘通过综掘工作面封闭抑尘系统进行处理。如图5所示。

图5 综掘工作面封闭抑尘系统

其工作原理为利用附壁风筒形成空气屏障，将高浓度粉尘控制在掘进迎头范围内，避免其向工作面其他人员作业区域扩散，再利用自移式高频脉冲湿式除尘风机将掘进工作面产生的粉尘捕捉沉降。

4.1 轻质附壁风筒

该风筒总长1.7m，侧壁设计有径向出风条隙，风筒内设计有内置旋转风门及外部挡风板。筒内设计有内置旋转风门及外部挡风板，工作时打开外部挡风板并关闭内置旋转风门，将轴向风流变为径向风流，最大可调风量为180m3/min，使风流只能从径向出风条隙流出，形成径向的空气屏障阻断粉尘向外扩散。现场实施过程中，轻质附壁风筒两端连接压入式风筒，设置于巷道压风侧距综掘迎头15～20m位置处。为了形成空气屏障，阻断粉尘向外扩散，将轴向风流变为径向风流。径向风流在巷道和附壁风筒内置旋转风门角度的引导下，形成两种主要风流，一是径向的空气屏障，二是在内置旋转风门角度的引导下，形成螺旋前进的风流涌向迎头。

4.2 自移式高频脉冲除尘装置

自移式高频脉冲除尘装置，主要由高频脉冲除尘风机、自移运载装置、捕尘罩等组成。

（1）高频脉冲除尘风机。该风机的额定处理风量为500m3/min，与轻质附壁风筒的调风能力以及工作面供风量相匹配，能在截割头前方形成向正前的风流，避免了源头处的粉尘扩散。

（2）自移运载装置。矿用高频脉冲除尘风机安设在距综掘迎头30～35m的转载二运后，依靠与一运皮带相连的自移运载装置实现与掘进机间的同步移动，从而保持矿用高频脉冲除尘风机与掘进迎头间的固定距离，也避免了人工移动设备和增加风筒。

（3）捕尘罩。捕尘罩利用专用固定支架，布置在掘进司机前方大于0.5m的位置处。使用捕尘罩可以大大增加捕尘量，提高除尘效率。确定合理的捕尘罩形状及进风口直径，是捕尘的关键因素之一。

5 现场验证

封闭除尘系统于2018年3月到7月在13091巷进行了工业试验运行，测得现场粉尘含量如表1。

表1 13091巷粉尘浓度实测表

由上表可知，13091巷使用封闭除尘系统后，割煤机司机工作期间全尘浓度由412mg/m3降为38.4mg/m3，呼尘浓度由185mg/m3降为17.2mg/m3，降尘率分别达到90.6%和90.7%。说明引射装置和捕尘罩能够有效降低掘进机司机处的粉尘，基本实现了割煤期间粉尘可控。结合转载机下风侧和皮带下风侧数据可知，自移运载装置能够对转载区域实现有效降尘，降尘率达到91.9%和89.9%。结合巷道迎头100～200m范围粉尘数据可知，巷道内降尘率达到90%左右，巷道内粉尘指标满足规定要求。

6 结论

在13091巷实行“三步封闭除尘法”，利用引射除尘装置和机载高压喷雾除尘装置对综掘工作面的大部分粉尘进行沉降处理，利用附壁风筒将高浓度粉尘控制在掘进迎头范围内，最后利用除尘风机将掘进工作面产生的粉尘捕捉沉降。经过上述措施，割煤机司机工作期间全尘浓度和呼尘浓度降尘率分别达到90.6%和90.7%，自移运载装置处降尘率达到91.1%，巷道内降尘率达到90%左右，有效降低了作业区域粉尘，达到了预期粉尘治理目标。