综掘工作面压抽混合式除尘技术研究

（山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司，山西 临汾 041206）

1 工程概述

山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司为低瓦斯矿井，开采煤层自燃倾向为自燃，煤尘不具有爆炸危险性。矿井北回风大巷设计长度为1421.4m，巷道为矩形断面，巷道宽为4.7m，高为2.9m，毛断面为13.63 m2，喷浆后净宽4.5m，净高2.8m，净断面为12.6 m2。巷道沿11#煤层顶板布置，采用综合机械化掘进工艺，巷道施工过程中采用压入式通风方式，风筒直径为600 mm，压入风量为350m3/min，巷道掘进过程中粉尘浓度严重超标，对作业现场工人的身体健康造成了严重的威胁。鉴于此，本文试图探索一套综合除尘措施来降低工作面粉尘浓度。

2 粉尘来源与分布

2.1 粉尘来源分析

根据相关研究资料[1]，可以将巷道掘进过程中的粉尘分为四部分。第一部分主要是掘进过程中综掘机截割头破碎和研磨煤岩壁而产生的高浓度粉尘，这也是主要的粉尘来源；第二部分是掘进过程中，煤岩壁垮落后的煤岩块与地面和机器发生碰撞而产生的粉尘浓度；第三部分是通局部通风机风筒口吹出的风量将工作面沉淀的粉尘扬起，从而形成的二次粉尘污染；第四部分是煤岩层断裂、错位形成裂缝，在掘进过程中受到震动影响，从裂缝中涌出的粉尘。

2.2 作业现场粉尘浓度检测

为了了解巷道不同地点的粉尘浓度，按照粉尘浓度的检测方法[2]，并结合工作面的实际情况，在巷道回风侧人行道上方布置粉尘浓度检测点，粉尘浓度检测点见图1。将得到的粉尘浓度绘制成曲线，见图2。

图1 粉尘浓度检测点布置

图2 工作面现场粉尘浓度

从图2可以得知，高浓度粉尘主要集中在综掘机司机前后10 m左右的范围，其中司机处的全尘浓度为968 mg/m3，呼吸性粉尘的浓度为772 mg/m3，超出相关粉尘浓度规定[3]的百倍以上。压入式局部通风机风筒悬挂在巷道右侧，风筒出风口高速不稳定风流造成掘进工作面迎头处风流紊乱，进而形成许多不稳定的旋涡。工作面的粉尘受旋涡影响，聚集在回风侧，造成回风侧的粉尘浓度增高。距离综掘机司机室30 m后，较大粒径的粉尘在重力作用下逐渐沉落在地面，粉尘浓度快速下降，并最终趋于稳定。由此可以看出，原有的通风方式不足以降低工作面作业点的粉尘浓度，因此需要采用新的除尘工艺。

3 压抽混合式除尘技术

3.1 压抽混合式除尘原理

压抽混合式除尘技术的工作原理为：在工作面迎头处的位置布置1个压入式风筒和1个抽出式风筒，并且确保压入式局部通风机风筒的风量大于抽出式局部通风机风筒的风量，形成前抽后压的通风形式。首先，压入式局部通风机的风筒向工作区域输入新鲜风流，确保综掘机司机有一个洁净的工作环境；其次，安装在综掘机上的抽出式局部通风机的风筒将煤岩壁上剥落的粉尘吸收，之后通过后方的湿式除尘装置将粉尘过滤，并且将过滤后的干净风流从水箱处排出，进行二次利用。湿式除尘装置布置在输送机后方的托车上，可以随着综掘机同步移动，湿式除尘装置见图3。上述的压抽混合式除尘方式需要合理布置2个风筒的位置，使压抽风筒之间的区域在压吸风流的共同作用下形成风流通道，该通道既能保证工作面迎头处的高浓度粉尘不会向工作区域扩散，又能使粉尘随着回风风流的运移而远离工作区域，提高除尘效率。

图3 湿式除尘装置

3.2 压抽混合式除尘方案确定

根据上述的压抽混合式除尘技术原理，为了得到最佳的除尘效率，结合掘进工作面迎头处的具体情况，需要合理的确定工作面的风量和风筒的具体位置。

（1）工作面合理风量

根据《煤矿安全规程》的相关规定，工作面的局部通风机风速应当在0.25～4 m/s。考虑到稀释工作面瓦斯和工作面工人所需风量，分析计算得出压入式风筒的风量为521.3m3/min，考虑到工作面可能存在一定的风量损失，因此将工作面风量设置为530m3/min。根据王辉、蒋仲安等学者的研究结论[4]，压入式风筒风量和抽出式风筒的风量之间的比例会直接影响工作面的除尘效率，湿式除尘装置的处理风量应当为压入式风筒的75%～80%，抽吸比控制在0.8时效果最好，因此抽出式局部通风机的风量选定为400m3/min。根据风机工况曲线，选定压入式风机型号为FBD6.3/2×30，抽出式风机型号为KCS-408D。

（2）工作面风筒距地面位置

根据尹云波的研究[5]，压入式风筒的吊挂高度为0.7H(H为巷道的高度)、抽出式风筒的吊挂高度应为0.6H时，压抽混合式通风方式风筒布置最为合理。根据掘进工作面的实际情况，H取2.9m，压入式风筒轴心距离地面2.0m，抽出式风筒的轴心距离地面1.7 m。

（3）工作面风筒距迎头的距离

根据杨帆的研究[6]，压入式风筒出风口如果距离工作面迎头处太近，工作面迎头处的粉尘容易弥散到综掘机司机处。如果压入式风筒离工作面迎头处太远，容易超出有效射程，不易形成抽压风流，从而达不到除尘的效果。根据闫鹏、蒋仲安等[7]的研究结论，压入式局部通风机的风筒出风口距离工作面迎头处的有效距离为（3～4），抽出式风筒距离工作面迎头处的距离不应超过1.5，其中S为掘进巷道断面。因此，压入式通风机风筒出风口距离工作面迎头处的距离L1应取10～15 m。抽出式风筒距离工作面迎头处的最大值L2取6 m。但是按照现场施工工艺的规范，在符合风速要求下，若压入式风筒的出风口距离工作面迎头处在有效射程范围内，不宜布置太近，因此L1取13 m。抽出式风筒的位置应当尽量靠近工作面迎头处，这样能够和压入式风筒共同作用，进而增大抽出式风筒的吸尘区域，同时也能提高回风侧的风流速度，有利于工作区域粉尘的快速排出。但是考虑到抽出式风筒距离工作面迎头处过近也会影响综掘机的工作效率，因此结合现场情况综合考虑后，将L2设置为5 m。

根据现场情况，该掘进工作面采用长压短抽的通风方式，压入式风筒出风口与工作面迎头的距离为13m，抽出式风筒出风口与工作面迎头距离为5m，压入式风筒轴心距离地面2.0m，抽出式风筒的轴心距离地面1.7 m。吸风罩置于综掘机上截割臂后方处，湿式除尘器由轮车承载，与桥式转载机相连安装于滑轨上，方案布置见图4。

图4 除尘方案布置

4 工程应用及效果

基于上述分析，在山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司北回风大巷采用压抽混合式除尘技术，并在掘进工作面进行粉尘浓度检测，得到了粉尘浓度曲线见图5。

图5 除尘后的粉尘浓度

根据图5可知，在采用除尘方案后，综掘机司机处的全尘浓度为62 mg/m3，呼吸性粉尘浓度为48 mg/m3，工作面司机处的全尘除尘率达到了92.6%，呼吸性粉尘除尘率达到了93.8%，说明压抽混合式除尘技术起到了良好的控尘效果。

5 结语

本章主要针对综掘工作面粉尘浓度大的问题，设计在综掘工作面采用压抽混合式除尘方案，经过现场试验得出了以下结论：

1）综掘机切割破碎煤岩壁是综掘工作面产生粉尘的最主要源头。

2）巷道掘进过程中的高浓度粉尘主要集中在距离迎头10m范围内，其最大的全尘浓度为968 mg/m3，最大的呼尘浓度为772 mg/m3，之后粉尘浓度逐渐减小，并迅速扩散至全巷道。采用压抽混合式除尘方案后，综掘机司机处全尘浓度降为62 mg/m3，呼吸性粉尘浓度降为48 mg/m3。全尘除尘率达到了92.6%，呼吸性粉尘除尘率达到了93.8%。