煤矿应用除尘系统的对比分析研究

柴志强

（晋能控股煤业集团四台矿， 山西 大同 037000）

引言

在地下煤矿开采中，产生的矿井粉尘不仅严重影响煤矿的安全生产，且对矿工的身体健康有着严重危害。特别是在高浓度的煤尘环境中长期作业，矿工吸入大量粉尘会导致肺部纤维化，罹患尘肺病，且肺病发病缓慢、潜伏周期长，病理过程不可逆[1]，因此，控制矿工尘肺病的发生以及避免煤尘事故已经成为煤炭行业的重要大事。所以，需要对矿井综采工作面进行降尘，降低综采工作面的粉尘浓度，改善作业面的环境。采煤工作面除尘技术主要通过以下三方面来实现：一是在采煤作业之前，可通过采取合理的开采工艺来降低煤尘产生的可能性，或者采用注水工艺来提高煤的湿润性[2]；二是在煤开采时，应用特定的防尘技术来控制尘源，防止煤尘的进一步扩散；三是采用相关除尘设备或技术，及时过滤或除掉产生的粉尘[3]。具体的降尘除尘技术有：煤层注水，是在煤炭回采前，预先润湿煤体的技术，随着技术的进步，长钻孔煤层注水已经得到了广泛应用；采煤机内外喷雾与架间喷雾降尘，是利用水雾对粉尘的润湿、吸附、凝聚和沉降作用，实现降尘，喷雾降尘技术的关键在于喷嘴形成的雾流质量[4]；除尘器除尘技术，是利用可以吸尘的滚筒，降低风流中煤尘的流入，由于除尘器种类较少，根本满足不了生产需要；空气幕隔尘技术，是采用条形口中吹出来的条形空气射流，让污染源散出来的污染物达到与周围空气隔离的效果，进而净化工作面[5]；个人防护，主要是针对防尘用具的使用，个人防护是防治煤尘的最后一道防线[6]。因此，本文提出采用气水喷雾除尘系统装置来降低矿井综采工作面的粉尘浓度，进而保障煤矿的安全生产。

1 气水喷雾除尘系统装置的介绍

矿用采煤机内喷雾和外喷雾系统除尘效果都不是很理想，本文在了解综采工作面采煤机滚筒受限区间内的粉尘分布的基础上，设计一种安置在采煤机摇臂上的可调节辅助气水喷雾除尘系统，主要作用就是抑制滚筒处产尘点的粉尘，同时加大其降尘的效果。其中，对于喷嘴系统，由原先的高压射流替换为气水雾化喷头，是利用压气雾化液体原理[7]，以压缩空气为驱动介质，驱动振荡器，并利用形成的高频声波将水高度雾化，并通过调节不同配比的气压、水压力，以及依据不同井下不同综采工作面的各粒径粉尘分布情形，适时调节水雾粒径的流量和大小，使喷雾除尘效果更好[8]。

由于采煤机滚筒处、采煤机滚筒前方以及采煤机摇臂与刮板输送机之间是矿井综采工作面的主要扬尘点和粉尘高浓度点，本文主要就是针对这三个位置安装喷雾除尘系统，并通过合理布置喷嘴，抑制采煤机滚筒处的产尘量，减少采煤机滚筒前方的粉尘浓度，隔离刮板输送机与采煤机摇臂间的粉尘向人行道扩散，达到对这三个位置水雾的整体覆盖效果[9]。其中，对于采煤机滚筒处，选用两组（每组两个）并排设置的喷嘴，使喷嘴产生的水雾能够覆盖滚筒；对于采煤机滚筒前方，设计一排两个喷嘴，可实现对该处的整体覆盖；对于采煤机摇臂与刮板输送机间的位置处，在采煤机摇臂内侧的1/4 的圆弧上均匀布置4 个喷嘴，达到在采煤机外侧与人行道之间形成一道水雾带，抑制粉尘向人行道的扩散[10]。

2 煤矿应用除尘系统的对比分析

本文以某矿为研究对象，对比研究气水喷雾除尘系统装置安装前后，综采作业面采煤机顺风割煤、逆风割煤情形下粉尘的分布情况，从而验证该除尘系统装置的效果。

对顺风割煤现场进行检测，得到除尘系统安装前后粉尘浓度的分布情况，如下页图1、图2 所示。

从图1 和图2 都可看出，使用气水喷雾除尘系统装置后，对于顺风割煤，沿程人行道和溜槽的粉尘浓度明显下降。

图1 沿程顺风割煤支架人行道粉尘分布的曲线图

图2 沿程顺风割煤溜槽粉尘分布的曲线图

对逆风割煤现场进行检测，得到除尘系统安装前后粉尘浓度的分布情况，如下页图3、图4 所示。

图3 沿程逆风割煤支架人行道粉尘分布的曲线图

图4 沿程逆风割煤溜槽粉尘分布的曲线图

从图3 和图4 都可看出，使用气水喷雾除尘系统装置后，对于逆风割煤，沿程人行道和溜槽的粉尘浓度也明显下降。

为进一步深入了解气水喷雾除尘系统使用后，矿井下各位置的降尘率。本文对顺风割煤溜槽及支架人行道，逆风割煤溜槽及人行道4 个区域分别布置16个测试点，得到表1 所示的各测点降尘率。

从表1 可以看出，对于顺风割煤，人行道降尘率可达到65%～90%，溜槽降尘率可达到60%～80%；对于逆风割煤，人行道降尘率可达到50%～80%，溜槽降尘率可达到40%～70%。表明，矿井应用该除尘系统能够大幅抑制综采工作面的产尘量，可在刮板输送机和采煤机摇臂间形成水雾带，维护了矿井综采工作面人员的工作环境。

此外，从表1 中还可对比看出，应用该除尘系统，还大幅抑制了滚筒位置处的扬尘，位于滚筒前方的粉尘浓度明显降低，尤其是位于采煤机司机处，在顺风割煤时，采煤机司机大概处于7 号测试点的位置；在逆风割煤时，处于8 号测试点的位置，此处粉尘下降更为明显，能够很好地保护采煤机司机。

表1 应用除尘系统后各测点的降尘率

3 结论

为降低矿井综采工作面的粉尘浓度，进而减少粉尘对矿井工作人员的健康危害。本文提出采用气水喷雾除尘系统装置，并对比分析该除尘系统安装前后，综采作业面采煤机顺风割煤、逆风割煤情形下粉尘的分布情况，结论是：

1）使用气水喷雾除尘系统装置后，在顺风割煤和逆风割煤时，沿程人行道和溜槽的粉尘浓度均明显降低；

2）应用气水喷雾除尘系统，抑制采煤机滚筒处的产尘量，减少采煤机滚筒前方的粉尘浓度，隔离刮板输送机与采煤机摇臂间的粉尘向人行道的扩散，达到对这3 个位置水雾的整体覆盖效果，维护了矿井综采工作面人员的工作环境。