综放移架尘源负压卷吸装置的设计与应用

徐 日，吕纯涛，王 强

(山西朔州平鲁区龙矿大恒煤业有限公司，山西 朔州 036000)

随着我国经济与科技的高速发展，煤炭行业的机械化水平不断提高，生产规模不断扩大，同时也伴随着严重的粉尘污染问题[1]。据资料统计，采用滤膜计重法对不采取任何防尘措施情况下的综放工作面粉尘浓度进行测定，矿井中个别作业地点的瞬时总尘浓度可高达2 000～3 000 mg/m3，远远超出了《煤矿作业场所职业病危害防治》规定的4 mg/m3的加权平均容许浓度值[2]。虽然煤矿也采取了一些积极有效的措施防治粉尘，例如采煤机内外喷雾、支架喷雾等措施，但是在支架架间等一些作业人员密集的区域，粉尘浓度依然过高[3]。因此，本文针对截割粉尘由采煤空间向架前、人行道等作业人员密集区域的扩散运移规律，基于喷嘴水射流卷吸机理，设计了一种适用于综放工作面液压支架架间的负压卷吸装置，并在大恒煤矿41108综放工作面进行了工程应用。

1 工作面概况

41108综放工作面位于一采区，走向长度400 m，倾斜长度200 m，开采4-1号煤，煤层厚度为5.80～18.81 m，平均10.28 m，倾角平均3°左右，属全区稳定可采的厚煤层。该煤层结构复杂，含夹矸0～5层，夹矸岩性多为高岭岩、炭质泥岩和砂质泥岩。煤层顶板为中砂岩、砂质泥岩、泥岩，底板为中细粉砂岩、泥岩。在液压支架的选取上考虑了尽量增大放煤空间的ZF7600/18/35型放顶煤中部液压支架，支架中心距为1.5 m。割煤时截齿截割以及支架移架的过程中破碎的煤层和岩层下落会产生大量粉尘，粉尘随风流扩散到工作面和支架人行道侧，污染工作环境。

2 负压卷吸装置的设计及工作原理

2.1 喷嘴的优选

对优选后喷嘴的常规性能参数进行测定，最终选用了孔径1.6 mm的含X形导流芯混合式喷嘴，该喷嘴在4 MPa的压力下，雾化角为122.9°，有效射程达到3.3 m，雾化封闭尺寸(长×宽×高)最大可以达到5.7 m×4.6 m×3.1 m，完全达到综放工作面移架喷雾的要求，另外该喷嘴耗水量较少，为3.41 L/min，满足综放面工程应用的要求[4]。实验中喷雾实际效果如图1所示。

图1 喷雾实际效果

2.2 负压卷吸装置的设计

本装置主要包括雾化喷嘴组和卷吸除尘罩，能够利用喷嘴组喷雾时产生的喷射气流，对支架顶梁上端和侧端的含尘气流起到有效的卷吸作用。图2和图3分别是综放移架尘源负压卷吸装置的实物图和结构示意，装置上端的安装环、螺丝起到安装固定的作用，装置前端设置有3个雾化喷嘴，产生密集的水幕阻隔粉尘[5]。装置的侧端和后端分别设置有两个卷吸口，装置全长0.39 m，侧端的卷吸口长0.06 m、宽0.04 m，后端的卷吸口长0.11 m、宽0.05 m。另外可以通过调节固定装置改变其喷嘴组的出雾角度。

图2 负压卷吸装置实物

图3 负压卷吸装置结构示意

2.3 现场安装方式

如图4所示，使用时将安装环固定在液压支架的顶梁处，通过调节固定装置的朝向改变喷嘴组出雾的朝向。水泵通过加水口与喷嘴组连接，工作时控制装置前端的喷嘴组进行喷雾，形成高密度的雾滴场，和割煤、移架和放煤时产生的煤尘快速的碰撞、沉降，来完成降尘。另外卷吸口起到了负压吸尘的作用，工作时由于高压引射气流的作用从而产生高强度的负压场，有效地覆盖了移架间的区域[6]。

图4 负压卷吸装置安装示意

3 现场应用及效果分析

将设计的综放移架尘源负压卷吸装置应用于大恒煤矿41108综放工作面，并测定了使用该装置前后工作面不同位置的粉尘浓度。测点布置分别为：测点1为移架顶梁处，测点2为采煤机位置处，测点3为移架间的人行道处，测点4为放煤点[7]。通过对以上测点进行三次测定取平均值获得最终的粉尘浓度结果。图5是使用负压卷吸装置前后不同测点全尘浓度结果，图6是使用综放移架尘源负压卷吸装置前后不同测点呼尘浓度结果。

图5 使用装置前后不同测点全尘浓度

图6 使用装置前后不同测点呼尘浓度

由图5、6可知，工作面在采取普通喷雾条件下，移架顶梁处、采煤机位置处、移架间的人行道处以及放煤点处的全尘和呼尘浓度的最高值分别达到了179.4 mg/m3、349.3 mg/m3、174.1 mg/m3、262.3 mg/m3和89.3 mg/m3、196.6 mg/m3、81.6 mg/m3、114.2 mg/m3；在应用了综放移架尘源负压卷吸装置后，上述测点的全尘和呼尘浓度依次降低到56.3 mg/m3、103.3 mg/m3、66.7 mg/m3、78.3 mg/m3和16.5 mg/m3、48.8 mg/m3、15.2 mg/m3、26.3 mg/m3，各个测点的全尘平均降尘率可达 67.6%，呼尘平均降尘率达 78.8%，粉尘污染问题得到了很大程度上的改善。结果表明，综放移架尘源负压卷吸装置可以有效降低移架时支架人行道的粉尘浓度，防治粉尘向外扩散，提高了喷雾降尘的效率，保障了矿井的安全生产。

4 结 语

针对支架架间粉尘浓度过高的问题，基于喷射气流的卷吸机理，设计了一款由喷嘴组和负压卷吸罩组成的综放移架尘源负压卷吸装置，通过在大恒煤矿41108综放工作面应用后，工作面的粉尘浓度均有不同程度的降低，各个测点的全尘平均降尘率为67.6%、呼尘平均降尘率为78.8%，工作面、尤其是移架间的人行道区域降尘效果明显，工作环境得到了很大程度的改善。