岩巷综掘除尘技术研究
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作者: 唐欢
[摘 要]岩巷掘进粉尘具有浓度高、分散度大、易积聚与产尘地点多等特点，为了解决全岩巷综掘面高浓度粉尘危害问题，提出了构建以降尘泡沫、除尘风机为主，以分级净化水幕、个体防护为辅的综合控（除）尘体系，实践证明，司机处测得的总粉尘和呼吸性粉尘的降尘率分别为92.5%和96%，配合个体防护，有效地治理了掘进巷道粉尘危害。
[关键词]岩巷；掘进；除尘
中图分类号：TD714+.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0039-01
0 前言
目前国内岩巷综掘工作面的除尘系统尚不完备，除尘效果远远没有达到《煤矿安全规程》规定要求，综掘机的内喷效果达不到规定要求，一般只是停留在增加外喷雾及综合防尘的措施上。因此，降低煤矿岩巷掘进期间的岩尘浓度，开展煤矿除尘技术的研究，对遏制矿尘危害，保障矿井安全生产具有十分重要的意义。
1 岩巷综掘工作面产尘特点及分布规律
1.1 岩巷综掘工作面产尘特点
岩巷掘进工作面的粉尘产生主要有以下特点：①全岩巷产生的粉尘浓度较高；②粉尘分散度较大，可运移距离较煤尘远，工作现场环境极其恶劣，粉尘呈烟状扩散，能见度极低；③粉尘易积聚，单位进尺内产生的粉尘总量较大；④产尘地点多。岩巷掘进使用的掘进设备型号大，皮带运输量大，支护锚杆多，打钻时间长，造成了岩巷掘进过程中产尘地点分散，再加上岩尘颗粒直径小，容易飞扬，造成产尘量大。
1.2 岩巷综掘工作面粉尘沿程分布及运移规律
粉尘在工作面产生后，既能顺着风流方向而流动，又能横向扩散，但由于掘进机的存在和局部通风风流的作用，粉尘在靠近迎头一侧时，主要集中在回风侧；距离掘进工作面越远，粉尘的浓度越小。粉尘的浓度随着距离的增加而降低，达到一定距离后趋于稳定，这是由于粉尘运动随着距离的不断增加，大颗粒粉尘在重力和阻力作用下以及与巷道壁面的相互作用下，不断沉降，从而导致粉尘浓度不断降低。当大部分大颗粒粉尘沉降后，微细粉尘弥散到整个巷道，使得巷道内粉尘浓度趋于稳定；掘进工作面粉尘浓度不是在尘源处即掘进机截割部位最大，而是在尘源下风向的某一回风侧，这是由于风流对掘进机截割产尘有作用力，使粉尘向风流的下风向运动，同时因为掘进机的存在使此处巷道断面相对缩小，粉尘易于积聚，所以浓度增大很快。
2 综掘面综合防尘体系
某矿-850m东二轨道大巷岩巷综掘工作面，全长652m，巷道设计规格（净）为宽4.4m，高3.4m，坡度3‰；巷道设计为半圆拱形。设计采用EBZ255型悬臂式掘进机掘进，用22.5kW轴流对旋压入式风机向工作面供风，考虑到采用单一除尘技术无法实现高效的降尘效果，提出了综合运用多种技术对综掘工作面进行控（除）尘的思路。
2.1 泡沫降尘系统
泡沫除尘就是将发泡剂和水按一定比例混合，通过发泡器产生大量泡沫喷洒到尘源上或空气中，当泡沫液喷洒到煤岩体上时，造成无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源，使粉尘得以湿润和抑制；当泡沫液喷洒到含尘空气中，则形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积很大，从而大大增加与尘粒的接触面和附着力，提高了除尘效果。粉尘接触到泡沫之后，吸收液膜中的水分，使泡沫液膜变得越来越薄，直至破裂。而矿尘在液膜中“水分液桥力”的作用下，由小颗粒聚集成大颗粒，最终随破裂的泡沫液滴一起沉降下来。
在掘进工作面内，利用泡沫除尘装置（含发泡剂添加、泡沫发生及控制3部分）和泡沫喷头分离的工艺，于综掘机截割头周围布置3～5个泡沫喷头，在靠近司机处的掘进机机身平台上安装泡沫除尘装置，其制备的泡沫输送至喷头，利用喷头良好的扩散性能实现泡沫对尘源的高效控制。
泡沫除尘优点：①覆盖性能好，形成密集的泡沫体罩住尘源，从根本上阻止粉尘向外界扩散；②接触面积大，泡沫群总表面积增大，增加了与尘粒的碰撞几率；③润湿速度快，泡沫的液膜中含有增加粉尘亲水性能的表面活性剂，易使粉尘润湿；④黏附性能好，泡沫具有很好的粘性，增加了泡沫和粉尘的黏附效率。泡沫除尘缺点：①在硬岩中使用时由于使用泡沫时间长，泡沫破裂不完全，造成泡沫过多，影响操作视线及工作环境；②在切割帮、顶周边时，由于泡沫不能及时破裂，造成轮廓线无法看清，不宜使用；③泡沫有润滑作用，会造成皮带打滑现象；④泡沫有类似洗涤剂效果，接触机器运转部位及钢丝绳时会分解油脂，造成机器磨损及钢丝绳生锈。
2.2 湿式振弦除尘风机控（除）尘系统
湿式振弦除尘风机除尘系统由KCS-408ZZ型湿式振弦除尘风机、三通调节风筒、骨架风筒、吸尘罩、除尘风机运载小车等组成。除尘风机启动后，掘进工作面高浓度含尘气流经过湿式振弦过滤板，附有水幕的纤维能使粉尘湿润凝聚、增重或滞留，变成含有水雾与湿润粉尘颗粒的粉尘团混合物，进入脱水装置分离，净化后的空气从排风口排出，污水从排污口排出。振动也提高了振弦过滤板自身纤维的自净能力。
根据安装、使用简便的原则，现场应用中，将除尘风机固定在可移动的风机专用车上，通过连接杆与综掘机的二运转载胶带机架子连接，风机吸尘罩固定在综掘机盖板上。除尘风机与吸尘罩采用高强度负压骨架伸缩风筒连接，骨架风筒悬吊在综掘机二运转载一侧的机架上，实现除尘风机、综掘机、二运转载机、骨架风筒连为一体，共同移动。
2.3 净化水幕降尘系统
净化水幕降尘系统由净化喷雾、除尘水幕帘和ZP 型矿用自动喷雾感应装置构成。自动喷雾感应装置采用光散射原理直接测量总粉尘浓度，通过在监测系统中设置粉尘浓度报警值，实现净化喷雾的自动控制。弧形喷雾的喷头将水均匀喷洒到相距0.5m的防尘水幕帘上，利用其吸水性，且能够保持一定湿度，矿尘经过弧形水幕和防尘水幕帘时，被双重吸收，从而达到了降尘的目的。水幕除尘装置由钢管框架、防尘网和弧形喷雾三部分组成。钢管框架用4分钢管焊接，并进行防腐处理，用10#铁丝固定在巷道菱形网上； 防尘网用扎带固定在钢管框架上，覆盖整个断面；弧形喷雾能与巷道顶部紧密结合，并在弧形喷杆上安设7个与垂直方向成80°角的喷头，方向面向掘进工作面。现场在距工作面70m、120m与170m处各安装一道水幕帘，全断面覆盖除尘，且每掘进50m，最后一道挪至第一道。全岩巷掘进中游离粉尘中SiO2含量超过10%，因此，矿用自动喷雾感应装置监测系统中总粉尘浓度依次设置为10mg/m3、6mg/m3、2mg/m3，超限时，弧形喷雾自动开启。
2.4 个人防护
施工头面职工配备高质量防尘口罩，并保证过滤片的供给；同时在综掘机切割期间尽量不安排体力其他工作；对职工进行按期体检，发现异常及时处理。
3 应用效果
经过现场实测，利用单一泡沫降尘及除尘风机除尘，司机处总粉尘、呼尘的降尘效率分别为64.3%、74.1%，32.6%、22.1%。从粉尘浓度及降尘效率来看还不能满足作业要求。而应用综合防尘系统，司机处测得总粉尘降尘率达到92.5%，呼尘降尘率达到了96%，再配合个体防护能够满足司机处人员作业要求。
4 结语
综合控（除）尘体系在该矿岩巷综掘工作面的成功应用证明，该除尘体系适用于全岩巷掘进，有效地治理了掘进过程中的粉尘灾害，大幅度改善了工人作业环境，降低煤矿职工矽肺病的发病率。虽然该技术安装、操作略显复杂，但降尘效果十分理想，特别是对呼吸性粉尘降尘率高达96%，是一种有效的综合除尘技术，对矿井粉尘灾害的防治具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 白兰永，王宽，周福宝，等.综掘工作面综合降尘技术在葛泉矿的应用[J].中国煤炭，2011（7）.
[2] 陈贵，王德明，王和堂，等.大断面全岩巷综掘工作面泡沫降尘技术[J].煤炭学报，2012（11）.
[3] 王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2012.
作者简介
唐欢，助理工程师，2010年毕业于安徽理工大学，现供职于安徽省国投新集刘庄矿业有限公司。
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