综掘工作面湿式除尘器的应用

常 青

（山西省潞安化工集团王庄煤矿，山西 长治 046000）

1 工程概况

王庄煤矿91-103 巷道东接540 皮带大巷，北为91-105 工作面，西侧和南侧均为未采区域。地面标高931～933 m，工作面标高370～420 m。该面所采3#煤赋存于二叠系山西组地层中下部，为陆相湖泊型沉积。工作面范围内煤层厚度稳定，下部夹矸最厚的一层为0.2 m，煤厚6.41 m。巷道设计长度1470 m，断面5.5 m×3.6 m，支护方式为锚网支护。

91-103 巷道采用压入式局部通风机通风，风筒最大供风距离约1470 m。采用两台FBDNo7.1 型通风机，功率为：2×45 kW（一台主风机、一台副风机），配直径1000 mm 柔性橡胶双反边阻燃风筒进行压入式通风，供风量700 m³/min。主要降尘手段为全断面净化水幕以及防尘网，距工作面30 m处安设一道净化水幕配合捕尘网使用。净化水幕喷嘴间距300 mm，净化水幕喷嘴出水方向与水平成30°～45°角喷射冲洗捕尘网，捕尘网为20 目铁砂网，使用角铁焊制捕尘网外框。净化水幕和捕尘网随掘进工作面推进而及时移动。但净化水幕降尘效率低，特别是对呼吸性粉尘捕集能力弱，不能解决工作面粉尘污染问题。

2 试验系统与方法[1-5]

2.1 现场试验准备

湿式除尘系统现场安装示意图如图1 所示，主要包括KCS-700D 型矿用湿式除尘器、湿式除尘器小车、连接装置、风筒支架、抽出式风筒、集尘罩。集尘罩安装在掘进机上并通过抽出式风筒与湿式除尘器连接，湿式除尘器安装在湿式除尘器小车上，湿式除尘器通过连接装置与转载机连接，除尘系统随掘进机一起便捷移动。测试装置包括六台矿用粉尘采样器、烘箱和精度为0.1 mg 的电子天平。

图1 湿式除尘系统现场布置图

2.2 测点位置设定和现场浓度测试

1）粉尘浓度测点设置

为了有效降低粉尘对现场工作人员的危害，测点主要布置在皮带机另一侧的行人侧，测点设置高度为1.5 m（接近工作人员的呼吸高度）。总计设置三个测点，测点a：掘进机处，此处靠近掘进机司机位置，距离工作面6 m；测点b：转载机末端，工作人员主要集中在此处看护机器运行；测点c：湿式除尘器后方5 m 处，测试除尘器应用效果。

2）现场浓度测试

结合现场情况，采用滤膜称重法测定王庄煤矿91-103 巷道掘进工作面总尘、呼尘浓度。准备矿用测尘仪六台，在每一个测点均安放两台测尘仪，一台用于测试现场总尘浓度，一台用于测试现场呼尘浓度。六台测尘仪均同时进行测试，每个测点测试三次，每次测试时间为3 min。将测试前后的滤膜均放在60 ℃的烘干箱烘烤40 min，通过电子天平称量滤膜质量，计算各测点的降尘效率，求三次测量的平均值作为测点的降尘效率。

3 试验结果与分析

3.1 抽压风筒布设位置对巷道内粉尘浓度的影响

91-103 巷道送风筒风量为700 m³/min，设计湿式除尘器的处理风量为630 m³/min。根据以往研究，湿式除尘器集尘罩与送风筒出口距离综掘工作面的相对位置如图1 所示，其相对位置对湿式除尘器的降尘效果影响较大，送风筒出口距离综掘工作面的距离决定粉尘扩散的程度，而集尘罩相对综掘工作面的距离决定集尘罩的控尘能力。因此，为了实现湿式除尘器最大降尘能力，研究集尘罩与送风筒出口距离综掘工作面的相对位置是有必要的。本文总计设计了六种不同工况的风筒布设方式，设置除尘器集尘罩与综掘工作面之间的距离（Lc）分别为4 m、6 m，送风筒与综掘工作面之间的距离（Ly）为4 m、10 m、16 m。得到六种工况，工况1（Lc-Ly）：4～4 m、工况2：4～10 m、工况3：4 ～16 m、工况4：6～4 m、工况5：6～10 m、工况6：6～16 m。

在掘进机掘进过程中，分别测试除尘器开启前后六种工况下测点a、b、c 三点的总尘和呼尘浓度。

图2、图3 分别为不同工况条件下不同测点总尘降尘效率、呼尘降尘效率。从图中可看出，在同一工况下湿式除尘器开启前后，测点a、b、c 的总尘效率和呼尘效率呈现上升的趋势。当集尘罩进口距离综掘工作面为4 m 时，即工况1、2 和3，随着送风筒出口距离综掘工作面从4 m 增加到16 m，测点a、b 和c 的总尘效率和呼尘效率均逐渐增大，当送风筒出口距离综掘工作面为16 m 时（工况3），总尘效率和呼尘效率达到最大93.5%、86.5%；当集尘罩进口距离综掘工作面为6 m时，即工况4、5和6，随着送风筒出口距离综掘工作面从4 m增加到16 m，测点a、b 和c 的总尘效率和呼尘效率与集尘罩进口距离综掘工作面为4 m 具有相同的趋势，均逐渐增大。这表明在固定集尘罩进口距离不变的情况下，送风筒出口距离综掘工作面距离越远，降尘效果越好，即送风筒出口远离综掘工作面有助于降低粉尘浓度。这是因为送风筒出口距离综掘工作面距离越远风流对综掘工作面产生的粉尘扰动越小，减弱了粉尘的扩散，有利于集尘罩对粉尘的捕获。

图2 不同工况条件下不同测点总尘降尘效率

图3 不同工况条件下不同测点呼尘降尘效率

而比较集尘罩进口距离综掘工作面为4 m 和6 m 时工况下的粉尘浓度发现，即工况1、2、3 和工况4、5、6 相比，当送风筒出口到综掘工作面的距离固定不变时，集尘罩进口距离综掘工作面从4 m增加到6 m 时发现总尘和呼尘降尘效率均发生下降，集尘罩进口距离综掘工作面为4 m 时具有最优的降尘效果。这是因为随着集尘罩进口到综掘工作面的距离减小，湿式除尘器集尘罩越接近尘源，在湿式除尘器负压作用下集尘罩能够控制捕获更多的粉尘，有效地防止粉尘的扩散。但是当集尘罩进口到综掘工作面的距离增加，造成部分含尘气流回流，形成涡流，造成粉尘发生扩散并向巷道后方移动，降低集尘罩对粉尘的控制能力。因此，集尘罩进口距离综掘工作面较近时有助于粉尘浓度的降低。综合比较六种工况发现，当集尘罩进口到综掘工作面的距离4 m 与送风筒出口距综掘工作面的距离为16 m 具有最优的降尘效果（工况3），此时总尘效率和呼尘效率分别达到最大93.5%、86.5%。

3.2 抽压风量比对湿式除尘器降尘效果的影响

当集尘罩进口到综掘工作面的距离4 m 与送风筒出口距综掘工作面的距离为16 m 除尘器具有最优的降尘性能，但除尘器集尘罩的控尘能力不仅与位置有关，还与吸风量有关，因此试验探究不同抽压风量比对除尘器降尘效果的影响。抽压风量比：抽出风量与压入风量的比值。在本次试验中，91-103 巷道送风筒的送风量Qy为700 m3/min，设计抽压风量比分别为0.6、0.7、0.8、0.9。因此，除尘器集尘罩进口风量Qc分别为420 m3/min、490 m3/min、560 m3/min、630 m3/min。在3.1 节中掘进机正常掘进状态下，测点a 和b 的总尘、呼尘效率接近，因此，此处仅测试测点b 和c 处的粉尘浓度。湿式除尘器开启前后不同抽压风量比下测点b 和测点c 的降尘效率如图4。

图4 不同抽压风量比下测点b 和测点c 的降尘效率

对于测点b 和c，随着抽压风量比的增加，湿式除尘器抽风量增加，总尘、呼尘效率均增加。当抽压风量比为0.9 时，测点b、c 的总尘、呼尘效率分别达到最大93.5%、89.7%和86.5%、85.6%，此时除尘器降尘性能最优。这是因为当送风筒风量不变，随着除尘器抽风量的增加，集尘罩对综掘工作面前端的粉尘捕获能力增强，除尘效率增大。

在王庄煤矿91-103 掘进工作面割煤期间，当集尘罩进口到综掘工作面的距离为4 m、送风筒出口距综掘工作面的距离为16 m，抽压风量比为0.9 时，开启除尘器后，对掘进机处、转载机末端处以及湿式除尘器后方5 m 处进行粉尘浓度测定，总尘浓度为11.1 mg/m3、9.2 mg/m3、5.3 mg/m3，呼尘浓度为6.5 mg/m3、4.0 mg/m³、2.5 mg/m3。

4 结论

对王庄煤矿掘进工作面湿式除尘器的应用进行研究试验，设计了六种集尘罩与送风筒相对综掘工作面位置的布设模式，同时对抽压风量比对湿式除尘器的降尘性能进行了探究。主要结论如下：

1）在不同工况下，测点a、b、c 的总尘、呼尘效率均随着与综掘工作面距离的增大而增大。集尘罩进口距综掘工作面从4 m 增加到6 m 时，随着送风筒与综掘工作面的距离增大，降尘效果越好；当固定送风筒与综掘工作面的距离时，集尘罩进口距综掘工作面的距离越小降尘效果越好。因此，集尘罩进口到综掘工作面的距离4 m 与送风筒出口距综掘工作面的距离为16 m 具有最优的降尘效果。

2）对于测点b、c，总尘、呼尘效率随着抽压风量比的增大而增加，当抽压风量比达到0.9 时，总尘、呼尘效率达到最大，此时除尘器降尘性能最优。此时系统工作后掘进机处、转载机末端处以及湿式除尘器后方5 m 处总尘浓度分别为11.1 mg/m3、9.2 mg/m³、5.3 mg/m3，呼尘浓度分别为6.5 mg/m3、4.0 mg/m3、2.5 mg/m3。