综掘工作面综合除尘系统设计与应用

杨 胜

（山西潞安集团蒲县隰东煤业有限公司， 山西 蒲县 041208）

引言

煤矿井下粉尘可细分为岩尘、煤尘两类，主要在采煤机割煤、破岩、运输、爆破等环节产生，井下粉尘给作业人员身体健康以及作业安全带来威胁[1-2]。作业人员长时间在高粉尘环境中工作，粉尘会随着呼吸进入到体内，经过长时间积累轻症患者会呈现出呼吸道炎症、皮肤病等着症状，重症患者则会出现尘肺病、中毒性肺炎等危及生命安全[3-4]。井下爆炸性煤尘达到一定浓度（煤尘质量浓度在30～50 g/m3以上）时，遇火可能发生煤尘爆炸。现阶段我国相当一部分矿井综掘工作面粉尘浓度控制效果不佳，综掘司机在高浓度粉尘环境工作超过10 a 以上患尘肺病概率接近100%，煤炭行业每年因为尘肺病造成的死亡人数约为工伤造成死亡人数的6 倍以上[5-6]。因此，对综掘工作面综合除尘技术研究具有十分重要的现实意义。

1 综掘工作面除尘系统应用现状

综掘工作面由于本身属于独头掘进，局部通风机供风距离长，风排粉尘能力有限，掘进时整个综掘巷道内粉尘浓度一直处于高位，粉尘治理成为制约巷道掘进安全的一个难题。尽管在综掘工作面采取一系列的降尘、控尘技术措施，但是粉尘治理效果仍有较大的提升空间。

1.1 机载除尘系统

机载除尘依靠自身的喷雾除尘系统，远不能满足作业点除尘需要，井下现场测试数据表明，采用综掘机机载喷雾除尘系统时，上、下山岩巷粉尘质量浓度分别为405 g/m3、252 g/m3，此粉尘浓度会严重影响作业点人员身体健康。具体综掘机自身携带的喷雾降尘系统结构如图1 所示。

图1 综掘机自身携带的喷雾降尘系统结构示意图

1.2 传统通风除尘风机结构

该种除尘风机通过局部正压风机向作业点供风，并通过负压除尘风机吸尘、吸风，通过除尘风机净化作业点环境，具体除尘系统结构见图2。

图2 传统通风除尘及除尘风机除尘示意图

采用该种通风除尘方式虽然在一定程度上降低掘进工作面粉尘浓度，但在具体使用过程中粉尘浓度受到出风口位置、除尘风机吸风口位置以及风量变化影响，同时除尘风机体积一般较大，占用本就狭小的巷道空间，同时除尘风机吸风口需要布置在掘进点最前端，需要经常移动，容易受损，除尘效果也不稳定。

1.3 移动除尘装置

现阶段综掘工作面采用的移动除尘装置在河南、河北以及山西等矿区使用较为广泛，具体结构见下页图3。

移动除尘装置通过封尘帘降低，并布置在综掘机上与综掘机一起移动，从而降低井下作业人员工作量。该装置现场使用中存在水幕、挡风帘降尘影响综掘机司机视线，挡风帘控制较为繁琐；风筒若采用刚性容易遭受挤压变形，柔性易漏风筒占用大量的巷道空间，不适宜用以掘机断面较小的巷道。

图3 移动除尘装置结构示意图

2 综合除尘系统设计

2.1 系统运行原理

1）控尘。控制综掘机截割破煤（岩）过程中粉尘的扩散，是降低综掘工作面粉尘的有效措施，作为有效的方式是以风控尘，即人为控制掘进工作面压风风量以及风向，从而实现综掘工作面集尘目的。

2）吸尘。在综掘机操作司机前方将集尘空间内的粉尘吸入至负压风筒内，采用除尘风机进行除尘。

3）除尘。选择与综掘工作面粉尘产生量相适应的除尘风机，对吸入到负压风筒内风量进行高效除尘。

2.2 除尘系统除尘工艺

具体设计的除尘系统结构见图4。在掘进工作面正压调风装置出口位置处布置调风装置，该装置有2 个排风控制口，可以根据需要对出风口出风量进行调节。

图4 综合除尘系统结构

当综掘机正常截割煤岩生产时，除尘系统中的自动控制系统传感器接收到工作信号，启动除尘风机、高压供水管路控制阀、压风管路控制阀等，正压调风装置开启向掘进迎头及侧向同时出风，与除尘风机负压风口共同作用将粉尘大部分控制在掘进迎头位置从而降低粉尘向外扩散量，有利于负压风筒收集粉尘。提供的新型风流可以满足掘进工作面人员呼吸、稀释瓦斯需要，综掘机截割煤岩层后产生的粉尘大部分经过负压风筒进入到除尘风机内，经过水力除尘后排出。具体除尘系统采用的“长压短抽”除尘方法结构见图5。

图5 “长压短抽”除尘方法示意图

当进行顶板支护等工作时，综合除尘系统自动关闭，新鲜风流均流向掘进迎头，恢复正常通风。根据现场测试结果，调风装置位于除尘风机负压进风口后方≥4 m、除尘风机前方≥4 m 位置控尘效果较为明显，综掘机布置的除尘系统长度控制约为20 m，因此综掘机每向前移动14 m 就应调整一次调风装置以及除尘风机位置。为了便于调整调风装置位置，在调风装置上增加布置手动棘轮升降器从而便于调风装置的悬挂。

2.3 除尘系统设备分析

1）在局部通风机正压风筒上布置调风装置，从而调整综掘工作面掘进迎头风流风向，达到集聚粉尘目的，并降低粉尘向外扩散量。

2）负压风筒为柔性塑料制品，具有较强的强度及弹性，使用时间长。风筒搭接位置处采用弹性结构，从而使得风筒可以适应后期变形需要。

3）通过除尘风机机载车可以将除尘风机与综掘机后侧带式输送机一起前移，同时机载车结构采用四连杆方式，不受综掘机截割煤岩石时左右摇摆影响。除尘风机机载车有两层底座，上一层底座角度可以调整，从而实现巷道不同坡度掘进需要。

4）综掘机综合除尘系统结构紧凑，不仅适宜大断面巷道，同时也可应用于小断面巷道。

3 现场应用分析

从2015 年起该综掘工作面综合除尘系统已经在矿井多个掘进工作面进行现场应用，通过不断地优化改进，取得显著应用效果。采用ccz-1000 粉尘测定仪对综掘工作面综合除尘系统使用前后的粉尘浓度进行监测，具体结果见下页表1。

从表1 监测数据得出，采用综合除尘系统之后，综掘工作面除尘效果明显，综合除尘率在80%以上，可以有效改善综掘作业面作业环境。

表1 粉尘质量浓度监测结果 mg/m3

4 结论

1）根据综掘工作面现场粉尘产生特点，结合以风控尘原则，通过长压短抽通风方式，对掘进工作面粉尘进行集中控制，依靠除尘风机对高浓度粉尘进行处理；

2）根据上述思路设计的综合除尘系统结构简单，可以随综掘机联动，不会给综掘设备使用、维修等造成影响。