综掘工作面粉尘综合治理技术研究

刘 飞

（霍州煤电集团汾源煤业有限公司，山西 忻州 035100）

1 工程概况

霍州煤电集团某矿矿井设计生产能力为400 万t/a，核定生产能力为750 万t/a，煤矿的开采方式为综合机械化开采。矿井综采工作面掘进距离大都在3 000 m～5 500 m，大都采用半煤岩、煤巷掘进的形式，具有井下掘进作业点多，产尘环节多等特点。为了提生矿井粉尘防治工作的质量，本文经过分析研究，提出一种适用于该矿实际情况的综掘工作面粉尘治理技术，使得矿井掘进工作面粉尘浓度显著下降。

2 综掘工作面综合防尘治理成套技术

2.1 掘进工作面除尘风机“长压短抽”控风除尘

该矿当前采用的降尘方式为通风排尘、内外喷雾以及掘进机装配高压喷雾等联合降尘的方式，降尘效果不明显，经济成本较高。对于此类问题，提出一种在掘进工作面迎头端使用除尘风机“长压短抽”控风除尘的方式。“长压短抽”控风除尘系统示意图，如图1所示。

图1 “长压短抽”控风除尘系统示意图

1）设备。除尘风机选用湿式除尘风机和干式除尘风机相结合的形式，型号分别为KCS500Z 智能型以及KCC-500D 矿用型。

2）布置。掘进工作面迎头端布置除尘风机+负压风筒以及工作面压入式风筒相结合的“长压短抽”控风除尘的形式。

3）实施。把除尘风机放置在迎端40 m～80 m 间的巷道皮带导轨架上部，利用滑轨实现负压除尘风筒的悬挂，利用自除尘风机处实现负压除尘风筒沿巷道的向前延申，确保吸风口和工作面迎头端的距离保持在3 m～5 m，实现“源头吸尘”的目标。掘进工作面的局部通风机配套的对旋局扇功率应当超过2×45 kW，确保掘进迎头处的供风量超过除尘风机吸风量，避免除尘风机出现循环风现象，使得重叠段风速达到相关要求，压入式风简出口和掘进迎头端的距离在20 m～30 m。

4）控风技术。在压入式风筒的出风口处布置旋流器，保证风筒出风口的风流能够垂直于巷道走向进而反射至工作面，确保迎头端20 m～30 m 区域内能够产生空气幕，粉尘能够被空气幕限制在该区域内，避免了粉尘的大量扩散，通过除尘器将该区域的粉尘吸附并净化，最后沿管道排出至后巷。

2.2 综掘机外喷雾降尘系统的优化改造

通常情况下在综掘机上安装的4 个外喷雾组喷射方向固定，喷雾射程较短且雾化作用较差，并且在截割和装炸渣过程中很难做到喷雾水幕的区域覆盖。为了解决上述问题，把综掘机上部的两个喷雾组变换为半圆形双层喷雾组，根据实际需求将喷头更换为负压诱导降尘喷头，使得喷雾的方向能够进行调节，此外将喷头的位置适当上调5°～10°，增加了喷雾的覆盖区域以及水幕的形成范围，通过角度调节和喷头位置调整的方式，实现了对综掘机切割部区域的全面覆盖，从源头处实现了对切割粉尘的拦截以及捕降，降低了粉尘进入巷道的概率，提升了粉尘的控制效果[1]。

将综掘机现有的供水系统进行改进，加设YB S90/150-85 型综掘机外喷雾增压泵，通过加压的方式解决掘进静压供水管水压不足的问题。该型号外喷雾增压泵具有结构简单、使用效果好、便于维修更换以及液压驱动确保供水压力的特点，供水压力最大可达16 MPa，显著提升了综掘机外部喷雾的物化除尘效果。

通过除尘风机“长压短抽”控风除尘方案、综掘机配套设备的改造和增压泵加压相结合的方式，显著提升了综掘工作面的除尘效果。

2.3 综掘机转载点及后配套皮带转载点封闭喷雾除尘技术

综掘机转载点及后配套皮带转载点的落差通常为0.5 m～1.0 m，运输过程中煤炭从转载点抛出会和下运皮带相撞进而产生大量粉尘，导致整个巷道的粉尘量显著增加。现有的将臣方式为在碰撞处加设喷雾，除尘效果一般。在此基础上在运输转载点机尾处设置了防尘罩进行保护。防尘罩组成通常包括2 处～3 处可调节喷头方向的喷雾、10 cm～15 cm 的外延以及能够在一定范围内进行尺寸调节的皮带条，确保运输转载点产生的粉尘能够和巷道风流隔离开来，达到了“尘源封闭除尘”的要求，显著提升了运输转载点的除尘效果。通过“振动感应传感器+自动喷雾装置+电磁阀”综合控制的方式，实现了对防尘罩内设喷雾的自动供水，保证了喷雾的工作能够和运输皮带的工作保持一致，无需人工操作即可实现自动降尘，提升了降尘效率。

2.4 自动纱网门捕尘技术

在掘进工作面迎头端200 m 内，加设两道全断面侧开推拉式捕尘纱网门以及水幕。相邻纱网门间的距离在20 m～30 m，全断面单管净化水幕放置在纱网门迎风侧20 mm～500 mm，确保了水雾能够喷射在纱网之上，纱网湿润后能够实现捕捉迎头端粉尘的目的，提升了降尘效果。纱网随掘进工作面的移动而移动，每推进100 m 移动1 次，二者间的距离不易过远，通过该方式能够提升约20%的降尘效果。

单管净化水幕的供水系统采用“DFB7/20 矿用隔爆型电动球阀+自动喷雾装置+红外线感应传感器”联合控制的方式进行供水，采用“自动喷雾控制器+3R/4R 系列多路换向气阀”联合控制的方式，通过红外线感应传感器进行距离的控制，无须人员操作即可实现纱网门的自动控制。

正常工作过程中，自动喷雾系统始终处于开启状态，纱网门控制系统始终处于关闭状态，自动喷雾系统的供水装置和连接启动推杆的供风为始终处于开启状态。一旦无轨胶轮车或行人距离纱网门过近，红外线感应传感器检测到后发出指令，系统收到指令后自动关闭供水装置、喷雾不在工作，同时纱网门收到指令开启，整个喷雾系统停止工作，等待行人或车辆的通过，通过后红外线感应传感器发出指令使得喷雾系统恢复正常，纱网门关闭，实现了系统的自动化控制，系统的延迟控制时间可在0 s～120 s 范围内调节，确保车辆完全通过后再开启喷雾，避免喷雾开启过早导致司机的视线受到喷雾的阻挡，所有纱网门都按照该方式进行自动控制。

2.5 装备PS51-J 型湿式除尘喷浆机

该型号除尘喷浆机组成部分包括上下溢气、转子摩擦板漏气收集及导出装置，避免了粉尘的泄露。积灰容器为抽屉式，便于进行能够设备清理，通过多层环状加水喷头系统保证了粉尘的混合均匀，显著降低了设备工作过程的产尘量。此外，通过架设净化水幕的方式降低喷浆作业的产尘，喷浆作业点20 m～80 m区域内进行适当数量的净化水幕架设，设备整体结构简单便于移动，适用性较好。此外通过在喷浆点后安装活动式捕尘网的方式，能够对喷浆产生的粉尘进行有效的捕捉。通常情况下，喷浆作业点位于掘进巷道迎头端200 m 区域内，因此通过捕尘网能够同时对掘进和喷浆过程中的粉尘进行捕捉[2]。

2.6 巷道风流净化技术

为了提升掘进后巷的除尘效果，通过“全断面风流净化水幕跨皮带防水罩+皮带底喷雾+自动喷雾装置”的方式，在掘进巷道回风口20 m 范围内布置风流净化除尘设施。装置整体通过红外线人体感应传感器达到自动控制的目标，车辆或行人靠近防尘系统时，传感器感应并发出信号，实现风流净化水幕以及皮带底喷雾的自动控制，提升了掘进后巷的除尘效果。

综合分析当前巷道风流中粉尘浓度的大小以及皮带启停期间振动扬尘的情况，不论是单管水幕亦或是防尘水幕墙，均能够实现风流净化水幕的效果，通过加设阀门的方式，实现皮带底喷雾的自动控制，避免喷雾连续工作造成水资源的浪费，节约了经济成本，提升了除尘效果，使用该方式将除尘效果提升了约10%。

通过“风流净化水幕+跨皮带防水罩+皮带底喷雾+自动喷雾装置”联合控制的方式，实现了巷道风流的净化，相邻装置间的距离为500 m，确保了巷道粉尘和风流造成的二次扬尘的控制，显著降低了巷道的粉尘浓度。

2.7 喷雾装备自动化控制技术

在距离巷道距防尘喷雾设施10 m～20 m 布置红外线感应传感器，通过传感器的监测以及信号发出实现对采掘工作面以及皮带运输线的自动控制。如果遇到部分运输转载点难以实现供电的情况，则使用撞杆式机械控制阀门确保对转载喷雾的自动控制。东滩煤矿井下巷道长度约为150 km，矿井内部的皮带总数超过60 条，如果能够通过自动喷雾控制技术实现全面的自动控制，能够降低相关人员的工作强度，避免控制滞后的问题，节约了经济成本避免了资源浪费。当前矿井的工作重点在如何将进回风顺槽所有防尘设施的开停信息输入相同的信号传输系统，实现通过1 个信号自动控制所有主机，提升整个系统的自动化程度。自动控制技术的推广能够确保防尘生产的一致性、降低经济成本、减少工人劳动强度以及提升系统智能化程度。

3 成效分析

该矿积极研究和创新发展矿井综合防尘技术，显著提升了矿井粉尘的治理成效。原先综掘工作面迎头端切割粉尘质量浓度为187.62 mg/m3，使用该方案后降低到47.79 mg/m3，除尘效果提升了69.30%；原先综掘机二运皮带后粉尘质量浓度为23.71 mg/m3，使用该方案后降低到22.7 mg/m3，降尘率提升了89.38%；原先掘进皮带运输线粉尘质量浓度为2.29mg/m3，使用该方案后降低到1.39 mg/m3，除尘率提升了42.25%。矿井各综掘工作面使用该除尘技术以及管理标准后，除综掘工作面掘进切割作业期间综掘机司机位置和喷浆作业期间喷浆机回风侧10 m 范围内的粉尘浓度有时会出现超标现象，其余各处粉尘浓度均在标准范围内。