掘进机装载部除尘装置在掘进工作面的设计与应用

宋作文　王志强　王红亮　王恩　常爱军　邱海斌　刘建华

摘 要：为了有效改善掘进工作面的环境条件，煤矿企业应用了多种降尘技术。其中，掘进机内、外喷雾降尘是最常见的降尘方式之一，并在割煤岩作业中取得了一定的降尘效果。但是，这种方式也有不足之处。为了克服当前降尘工作中存在的不足，介绍了一种结构简单、使用方便、除尘效果好的掘进机装载部除尘装置。

关键词：掘进机；装载部；除尘装置；煤岩尘

中图分类号：TD714+.43 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.084

煤矿井下的煤岩尘影响着矿井的安全生产，威胁着矿工的身体健康，是煤矿的五大灾害之一。对于多数矿井而言，要使煤岩尘达到煤矿安全规程标准中允许的浓度仍较为困难。有效控制煤岩尘浓度，进而杜绝煤尘爆炸，是煤矿安全生产的一个重要目标，同时在保障矿工的身体健康方面具有重大意义。

目前，大功率掘进机在煤矿井下的运用越来越普遍，掘进机在作业过程中激起的煤岩尘浓度很高，而掘进机的喷雾灭尘装置安设在切割部和转载点，只注重掘进机切割部破岩、转载点煤岩尘的治理，并没有对落煤生尘、装载部星轮搅动激起的煤岩尘从源头上治理。但在实际生产作业过程中，工作面窝头落煤、掘进机装载部星轮搅动激起的煤岩尘浓度很高，其中一大部分煤岩尘沿掘进机一运输送通道向掘进机机尾冲出（此部位对煤岩尘有一定的抽出式效应），形成烟雾状颗粒漂浮在工作面。

1 掘进工作面粉尘概况

粉尘是指煤尘、岩尘和其他有毒有害气体。随着掘进巷道机械化程度的提高和高效、大功率掘进机、运输机及局部通风设备的使用，掘进巷道内产尘源增多、产尘量增大，巷道内空气中的粉尘浓度大大增加。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1 000～3 000 mg/m3，掘进机一运输送通道出口粉尘浓度高达600～800 mg/m3。其次是运输设备的各转载点，粉尘浓度高达300～500 mg/m3。如此多的尘源产生的大量粉尘弥散在整个工作面和巷道，使掘进巷道内粉尘浓度严重超标。

2 煤岩尘的危害

煤矿生产中的爆破、掘进机截割煤岩、煤岩装卸和运输过程会产生大量的粉尘，人们习惯将这种粉尘称为“矿尘”。矿尘又分为落尘和浮尘，在某一条件下，落尘可变为浮尘，在不同的风流环境下这两者可以相互转化。粉尘的危害性与粉尘的分散度、游离的二氧化硅的含量和粉尘物质组成有关。直径在5 μm以下的粉尘最易进入人的肺部，引起尘肺病，这种粉尘通常被称为“呼吸性粉尘”。据资料显示，2013年共报告职业病26 393例，其中，尘肺病23 152例，煤炭行业的职业病病例较多，为15 078例，占尘肺病总数的65.12%. 据初步测算，目前煤炭行业每年因尘肺病死亡的病例已超过生产安全事故死亡人数的2倍。

3 掘进机转载部除尘装置

对于工作面窝头落煤、掘进机装载部星轮搅动激起的煤岩尘，需及时进行喷雾降尘处理，杜绝煤岩尘沿掘进机一运输送通道向掘进机机尾冲出。

3.1 除尘装置的位置选择

考虑到喷嘴到尘源的距离，将除尘装置安装在掘进机旋转台下，即一运输送通道龙门架上方。除尘装置的安装位置如图1所示。

3.2 除尘装置的设计要点

除尘装置的设计要点主要有以下几个：①要求所设计的除尘装置结构简单、使用方便、除尘效果好。②水雾喷头主要由喷头主体和喷嘴构成，喷头主体内部设置有空腔，喷嘴安装在喷头主体上，并与空腔相连通；喷头主体上安装有进水管，进水管与空腔相连通。③喷头主体上至少设置3个喷嘴，平等布置，喷嘴采用出水孔径为0.6 mm的雾化喷嘴，喷嘴与喷头主体采用细牙螺纹连接，如图2所示。④供水采用掘进机冷却水管路，在掘进机冷却水管路出水管接头处安装一个变向接口，用高压水管连接，出水端安装一个控制阀（最好安装在掘进机操作台处，便于操作），控制阀另一端用高压水管连接在喷雾装置主体上。在雾化压力不足时，可安装一个雾化压力泵，保证雾化降尘效果。⑤在割煤作业时，操作人员可利用控制阀对窝头落煤、掘进机转载部星轮搅动激起的煤岩尘进行灭尘处理；清理工作面浮煤时，可根据煤质的潮湿情况确定是否需要灭尘。

4 现场试验及改进后的效果

4.1 现场试验

通过井下现场对喷雾除尘装置进行试验，结果表明降尘效果不理想，主要体现在以下两方面：①掘进机截割落煤产生的煤岩尘没有得到有效根治，煤岩尘顺着掘进工作面的回风流向外飞扬；②对掘进机一运输送通道出口的煤岩尘测定，煤岩尘浓度高达400 mg/m3，降尘效率仅为50%.

4.2 原因分析

出现上述现象的原因主要有以下三点：①喷嘴雾化角度大；②喷嘴出水孔径小；③喷嘴到尘源的距离短。

4.3 改进措施

对于上述现象，可采取以下措施改进：①中间喷嘴不变，将两边喷嘴向外倾斜30°，如图3所示。②喷嘴采用出水孔径为3 mm的雾化喷嘴。该喷嘴的水压为490 kPa，耗水量为2.11 L/min，有效射程为1.3 m，作用长度为1.8 m，扩张角为110°，可以做到掘进机割煤作业下部除尘雾化全覆盖。

4.4 改进后的效果

通过井下现场对除尘装置进行二次试验发现，掘进机截割落煤产生的煤岩尘浓度明显降低（该处煤岩尘仪器无法测定）；对掘进机一运输送通道出口的煤岩尘测定，降尘效率由50%提高到90%.由此得出，影响除尘效果的因素主要有以下三个：①雾化角度。雾化角度越小，降尘效率越高，雾化角度以不大于50°为宜。②喷嘴到尘源的距离。喷嘴到尘源的距离越小，降尘效

率越高，但如果距离太短，喷雾作用范围较小，降尘不充分。因此，喷嘴到尘源的距离为1.3～1.4 m比较理想。③喷嘴直径。喷嘴直径越大，降尘效率越高。

5 结束语

总体而言，通过在综掘工作面的使用，可证明该除尘装置是一种结构简单，拆装、维护方便，操作简单，除尘效果良好的新型装置，有效地处理了由于综掘工作面掘进机截割降落煤岩、装载部星轮搅动激起的煤岩尘，从源头上治理了粉尘污染，减少了一运输送通道向掘进机机尾冲出冲进工作面内形成的烟雾状悬浮颗粒，优化了工作面的作业空间环境，保证了作业人员的身体健康。该除尘装置对保障矿井的安全、有序生产，减少煤岩尘事故的发生具有极其重要的作用。

参考文献

[1]俞启香.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

〔编辑：刘晓芳〕