除尘风机在掘进工作面的应用研究

文 / 刘 志

（作者单位：国家能源集团宁夏煤业集团清水营煤矿）

综掘工作面粉尘浓度在不采取任何防尘措施的情况下普遍达到200mg/m3，严重超过标准规定，尤其是岩巷掘进工作面使用综掘机掘进时，岩尘浓度更大、危害更大，作业人员容易导致尘肺病的发生，因此掘进工作面防尘是煤矿安全生产非常重要的工作。国家能源集团宁夏煤业集团清水营煤矿通过在总长约为600米，+1172m轨道石门岩巷掘进工作面使用除尘风机，使掘进工作面粉尘浓度大幅度下降，消除了矿井粉尘隐患，改善了作业环境，有效地预防和减少了尘肺病的发生，保障了矿井的安全生产及员工的职业健康。

一、 掘进工作面除尘系统

1. 系统原理及其设备组成

图1 掘进工作面长压短抽除尘系统

图2 除尘器

清水营煤矿掘进工作面除尘系统主要采用长压短抽的形式（见图1），由局部通风机为掘进工作面提供新鲜风，距掘进工作面50米范围内设有附壁风筒，通过附壁风筒泄放一部分风，形成风幕，同时利用除尘风机将掘进工作面粉尘通过负压风筒排出，最后再由巷道内的防尘喷雾和防尘帘进一步净化空气并降低掘进巷道内的粉尘浓度。其主要除尘设备包括掘进机的外喷雾系统、KCS多重过滤与碰撞矿用湿式除尘风机、附壁风筒或风分流器、风流净化喷雾水幕、防尘帘等。

2. 除尘风机

除尘风机由隔爆对旋风机、除尘器和底座组成，其中隔爆对旋风机由隔爆电动机、叶轮和机座组成。除尘器（见图2）采用封闭箱式结构，上面设有可以打开的检修门，两边设有可以旋开的观察窗，内设喷雾系统、W形除尘板和W形气水分离板。

（1）喷雾系统特点

喷雾系统由阀门总成、喷雾管和喷头等组成。喷雾系统喷出微米级的水雾，水雾化好，覆盖范围均匀，耗水量小。喷头1喷出的水雾与气流方向呈20°～30°夹角，喷头2喷出的水雾与气流方向垂直，这样微米级水雾与吸入除尘器内的粉尘能充分混合，形成含尘水雾和水滴，提高了全尘和呼吸性粉尘的除尘效率。

（2）除尘板特点

除尘板以W形结构设计，采用多重过滤和碰撞方式来截留含尘水雾和水滴，提高了除尘效率。W形除尘板由除尘体、大孔筛网和提手组成，采用的是304不锈钢材料，可达到免更换和减少维护费用的目的，而且每块除尘板上带有提手，可以单独从除尘器上面抽出，便于清洗。筛板孔面积达90%，含尘水雾多次在除尘体上过滤和撞击，被除尘体截留，提高了除尘效率，同时多块除尘板在除尘器箱体内形成蛇形通道，减少了工作阻力，减小了电机的工作能耗和发热，并达到均匀除尘。

二、除尘风机的工作原理及应用

1. 除尘原理

（1）惯性碰撞

含尘气体在运动过程中与水雾液滴相遇时，在液滴前气流开始改变方向，绕着液滴流动。而惯性大的尘粒要继续保持原有的直线运动，和液滴发生碰撞。含尘液滴相互碰撞形成较大的液滴，含尘液滴与除尘板和气水分离板发生碰撞被截留，截留后形成的污水经排污口流出。

（2）扩散

粒径在0.1μm左右时，扩散是尘粒运动的主要因素。

2. 工作原理

除尘和气水分离机理（见图3）是将含尘空气经过风机动力吸入粉尘收集器，在来流方向上设置的水喷雾器喷射出微米级的水雾，使粉尘湿润、增重、凝集和滞留，便于除尘板捕捉除尘。同时喷雾器也对除尘板进行喷雾，使除尘板上的除尘载体富集水分，便于吸附粉尘。由于除尘板为W形，因此含尘水雾在高速气流的带动下，多次撞击和穿透除尘板，除尘载体将含尘水雾截留下来，流入排污槽，最后从除尘器输出干净、不含水分的空气。

三、除尘风机应用效率对比分析及效益

1. 除尘风机的应用效率

利用直读式测尘仪对+1172m轨道石门掘进使用除尘风机前后的粉尘浓度进行测定对比（见表1），由表中粉尘浓度数据显示，未使用除尘风机，综掘机作业时全尘182mg/m3，呼尘62.6mg/m3；使用除尘风机，并利用长压短抽的原理降尘后，全尘为20.2mg/m3，呼尘11.6mg/m3。由此可见，全尘浓度下降了89%，呼尘浓度下降了81%，有效地降低了掘进工作面掘进期间的粉尘浓度，为作业人员职业健康和矿井安全生产提供了保障。

图3 除尘和气水分离机理

表1 粉尘浓度前后对照表

2. 经济效益

除尘风机运行成本低，效果显著，能够有效地降低作业期间的粉尘浓度，为作业人员提供良好的作业环境，对预防和减少尘肺病等职业病的发生具有重要作用，保证了职工的身体健康，同时，还能提高掘进工作面的掘进速度，由此带来了巨大的社会、经济及安全效益。

四、结论

清水营煤矿掘进工作面采用湿式除尘风机降尘法，使掘进机处总粉尘降尘效率达到85%以上，呼吸性粉尘降尘效率达到80%以上，为矿井安全生产提供了可靠保障，并为其他煤矿综掘工作面粉尘治理提供了有益参考。