掘锚机综掘工作面干式通风除尘系统的研发与应用

白立文

（阳煤集团二矿调度室机掘三队， 山西 阳泉 045000）

引言

煤矿的掘进工作面是粉尘污染最严重的工作面之一，因为根据设计要求，综掘巷道的高度是不可改变的，所以在遇到复杂的地质条件时，会截割到岩石，掘进机截割岩石时会产生颗粒更小且含有二氧化硅的粉尘。相较于煤尘这种含有二氧化硅的粉尘对人体与设备的损害更大，对综掘工作面的粉尘进行治理尤为重要[1]。为治理综掘工作面的粉尘，某矿在原有的通风系统的基础上进行优化，研制了一种干式通风除尘系统。该系统通过“长压短抽”的通风方式有效地改善了综掘工作面的工作环境。

1 干式通风除尘系统

干式通风除尘系统采用的是负压集尘的原理，由除尘器、轴流式防爆风机和吸尘管道等组成。如图1所示，为本系统在综掘工作面的安装示意图。将负压风筒作为吸尘管道，并且将风筒的入口尽可能地靠近产尘源，以获得最佳的除尘效果；将除尘器的主体安装在掘进机后方顺槽皮带的支架上，随着皮带架的跟机移动而自动移动减少工人的工作量。

图1 综掘工作面干式除尘系统的安装示意图

1.1 除尘器的构造

除尘器包括箱体、检查窗口、过滤系统、清灰系统和排灰系统组成。如图2所示，为除尘器的结构示意图。除尘器是一种新研制的低能耗、高效率、零耗水的除尘设备。由于采用的是模块化结构，可以根据不同煤矿的环境和要求进行组合，并且采用的是自锁风排灰的设计无需人工操作。过滤系统的滤板是经过阻燃、防水、抗静电处理的高密度滤网，在实际生产使用中，滤网上会迅速集聚大量的粉尘，经过特殊处理的滤网有利于灰尘的清理以适应井下潮湿的工作环境。

图2 综掘工作面干式除尘系统的安装示意图

1.2 干式通风除尘系统的工作原理

轴流式防爆风机在吸尘管道内制造一个负压中心，吸尘口附近的粉尘在气流的携带作用下进入吸尘管道。含尘气流在经过滤板时，滤板会将粉尘拦截下来，而经过处理的洁净空气从除尘器箱体的上部出风口排出。滤板上堆积的粉尘达到一定量后会导致空气阻力增大，传感器监测空气阻力增大到一定值后就会开启脉冲阀，具有高动量的压缩空气通过喷吹管射向滤板，高速的空气在碰到滤板后又会在滤板的纵向上产生一股冲击波并向周围扩散，使集聚在滤板上的粉尘脱离滤板，并在重力的作用下沉降，下落的粉尘被清灰系统收集。滤板上的滤网采用褶皱式结构，这种结构可以是滤板的有效过滤面积增大为直板式的3～4倍，能有效提高吸附粉尘的效率，敞开式的进风设计避免了因箱体内风流紊乱而造成滤板上风流压力不均匀以及粉尘沉降困难的问题，同时滤网是按同性材料隔断或异性材料接触的原则进行设置的，以避免部件因摩擦产生火花和静电[2]。

2 掘锚机综掘面粉尘治理

2.1 掘锚机掘进技术简介

在掘锚机进行正常的掘进作业时，梭车将截割下的煤运输至破碎转载机进行破碎，破碎完成后转运到顺槽皮带上，煤经过多部顺槽皮带的运输到煤仓[3]。同时工人操控掘锚机进行巷道顶板和边邦的锚杆打眼以及安装作业。

2.2 掘锚机综掘工作面的通风优化

改进前通风状况：掘锚机综掘工作面为局部巷道，采用梭车运输掘锚机截割产生的煤。工作面仅由一部压入式通风机进行供风。压入式的局部通风方式会将综掘面截割时产生的粉尘吹散，使粉尘的污染区域扩大，威胁整个巷道中的人员健康，并且使巷道中的可见度降低，不利于安全生产。

改进后的通风状况：为治理综掘工作面的粉尘，改善作业环境，在掘进工作面采用压入式通风机与抽出式除尘风机结合的“长压短抽”式通风。这种通风方式利用压入式通风机向工作面输送新鲜风流并将迎头产生的粉尘吹散使之向后部扩散，然后除尘器在抽出式通风机产生的负压下将粉尘吸入，将吸入空气中的粉尘过滤后排出洁净空气，以清除综掘工作面的粉尘[4]。如图3所示，为掘锚机综掘工作面“长压短抽”干式除尘系统原理图。

图3 掘锚机综掘工作面“长压短抽”干式除尘系统原理图

2.2.1 压入式通风机的安设

采用两台FBDYNo6.3/2×30kW的防爆型压入式对旋轴流局部通风机（一台正常使用，一台备用），风机的吸风口设置在离回风口大于10 m的进风侧以保证工作面新鲜风流的供应。选用Φ1m的柔性阻燃胶质风筒并采用双反边连接，将风筒悬挂在顶板上，保证紧贴边邦。在保证工作面的通风要求的前提下，为取得最佳的除尘效果将压入式风筒的出风口设置在距离工作面迎头20 m处。如表1所示，为FBDYNo6.3/2×30kW型局部通风机的技术参数。

表1 FBDYNo6.3/2×30kW型局部通风机的技术参数表

2.2.2 抽出式通风机的安设

采用KCG-400D干式除尘风机作为抽出式通风机，将除尘风机安装在皮带输送机的刚性支架上，为取得最佳的除尘效果，保证除尘风机与综掘面迎头的距离在80 m之内。选用Φ0.7 m的可伸缩螺旋钢圈风筒，风筒通过吊挂轨道悬挂在顶板，风筒与掘锚机机身上原有的风道连通。为扩大吸尘的范围，在掘锚机上安设增设有风筒并联装置，该装置将两个Φ0.3 m的风筒与掘锚机的风道并联，小风筒的进风口设置在掘锚机两侧的锚杆机附近。如此设置可以将锚杆打眼以及安装作业时产生的粉尘也进行控制。并且在掘锚机前部的支撑大架处安装有挡风帘，挡风帘可将掘进过程中产生大粉尘大部分锁定在掘锚机的前方，有助于增强除尘风机的吸尘效果。如表2所示，为KCG-400D干式除尘风机的技术参数。

表2 KCG-400D干式除尘风机的技术参数

2.2.3 干式通风除尘系统注意事项

1）综掘工作面的干式通风除尘系统在通过对压入风筒的出风口与抽出风筒的进风口距离迎头的距离和风量的抽压比来调节除尘效果时，应保证巷道内风筒的安设、风量与风速符合煤矿安全规程；

2）保证风筒悬挂平直且无缺口，及时调节风筒距迎头的距离，以达到最佳的除尘效果；

3）定期对除尘设备进行检修，尤其是清灰系统的脉冲清灰效果、排灰系统的密封情况、除尘风机的运行阻力等，及时排除故障。

3 工业试验

将某矿的压入式局部通风方式改进为干式通风除尘系统。经过现场调试除尘风机的吸风口距离迎头不得大于5 m，同时，为避免循环风的出现，压入式风筒的吸风口与抽出式风筒的进风口之间的距离不得小于25 m，如此设置可以取得最佳的除尘效果。通过分析表3可以看出，经过改进后的综掘工作面粉尘浓度大幅降低，除尘效率超过97%，除尘效果良好。

表3 综掘工作面采用干式通风除尘系统前后粉尘浓度对比表

4 结语

经过将传统的压入式通风方式进行改进，研制而成的干式通风除尘系统包括除尘器、轴流式防爆风机和吸尘管道等。经过工业试验，该系统的除尘效率超过97%。干式通风除尘系统可以有效地控制综掘工作面的粉尘浓度，改善工人的作业环境，有利于矿井的安全生产。