綜掘工作面抽塵凈化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

綜掘工作面抽塵凈化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

挖掘工作是煤礦最重要的產(chǎn)屑來源之一。其粉末質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)《采礦安全規(guī)則》規(guī)定的10mg-3m，部分車間的粉末質(zhì)量濃度達(dá)到1500mg-3m。這是100倍。它不僅嚴(yán)重威脅礦山的安全生產(chǎn)，而且嚴(yán)重危害了車間工人的健康健康狀況。針對(duì)這種情況,各個(gè)煤礦采用了不同的除(降)塵措施,包括使用各種除塵器對(duì)工作面含塵氣流進(jìn)行抽塵凈化,這些措施在一定程度上降低了掘進(jìn)工作面的粉塵濃度,改善了掘進(jìn)工作面的作業(yè)環(huán)境,但還不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求。因此,如何提高掘進(jìn)工作面所用除塵器的除塵效率,特別是如何提高對(duì)呼吸性粉塵的除塵效率已成為各方均十分關(guān)注的重大課題。在國外,采用控塵與除塵相結(jié)合的技術(shù)對(duì)綜掘工作面粉塵進(jìn)行治理,已經(jīng)取得了很好的效果。德國在綜掘工作面采用附壁風(fēng)筒控塵技術(shù)和內(nèi)外噴霧與干式袋式除塵器相結(jié)合的綜合防塵措施控制截割頭的粉塵,使凈化后的空氣含塵量大大降低,達(dá)到1mg/m3以下。波蘭采用濕式旋流除塵技術(shù)與渦流控塵技術(shù)相結(jié)合,使掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置和除塵器后方10m處的呼吸性粉塵平均質(zhì)量濃度下降到3.7mg/m3。無論是德國的袋式除塵器還是波蘭的濕式旋流除塵器都由于其體積較大,均不適用于我國煤礦綜掘工作面的生產(chǎn)技術(shù)條件,因此無法推廣使用。目前國內(nèi)對(duì)于綜掘工作面粉塵污染的治理,一般只采用除塵器抽塵,而未采取控塵措施,這樣導(dǎo)致大量粉塵無法被除塵器收集處理,造成工作面收塵效率低,一般在80%以下,加之國內(nèi)煤礦用除塵器的除塵效率不高,特別是對(duì)呼吸性粉塵的除塵效率不高,導(dǎo)致綜掘工作面粉塵,特別是呼吸性粉塵濃度居高不下,嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的身體健康。因此,研究適合我國煤礦井下綜掘工作面生產(chǎn)技術(shù)條件的高效降塵系統(tǒng),降低綜掘工作面粉塵濃度,特別是呼吸性粉塵濃度,對(duì)于保障煤礦的安全生產(chǎn)和保護(hù)作業(yè)人員的身體健康均具有十分重要的意義。1渦流發(fā)生器的關(guān)閉特性渦流控塵裝置主要由風(fēng)筒存儲(chǔ)裝置、渦流發(fā)生器和渦流風(fēng)筒組成,如圖1所示?？紤]掘進(jìn)中每掘進(jìn)3~5m移動(dòng)1次,將該控塵裝置設(shè)計(jì)成雪橇支撐形并由掘進(jìn)機(jī)牽引移動(dòng)。當(dāng)除塵器開始運(yùn)行時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)渦流發(fā)生器,其葉輪高速旋轉(zhuǎn)使渦流風(fēng)筒徑向縫隙出口排出的風(fēng)流風(fēng)速提高1倍以上,起到在大型斷面形成空氣屏幕的作用,在通風(fēng)方式上形成混合式通風(fēng);當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止工作時(shí),沒有粉塵產(chǎn)生,除塵器處于關(guān)閉狀態(tài),這時(shí)自動(dòng)關(guān)閉渦流發(fā)生器,70%以上的風(fēng)流將從渦流風(fēng)筒端部軸向出口排出,即風(fēng)流大部分沿軸向直吹掘進(jìn)頭,形成單獨(dú)通風(fēng)系統(tǒng)。渦流發(fā)生器葉輪直徑與內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)的內(nèi)筒相同,故當(dāng)其停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),不會(huì)影響壓入風(fēng)流通過。風(fēng)筒存儲(chǔ)裝置內(nèi)裝有10m的可伸縮風(fēng)筒,當(dāng)控塵裝置向前移動(dòng)使其從收攏狀態(tài)變成完全展開狀態(tài);繼續(xù)前移時(shí)就要將10m可伸縮風(fēng)筒與供風(fēng)筒拆開,把伸縮風(fēng)筒重新收攏到風(fēng)筒存儲(chǔ)器上,同時(shí)用10m新供風(fēng)風(fēng)筒接入供風(fēng)筒端和可伸縮風(fēng)筒之間,如此循環(huán)。2除塵器配套風(fēng)機(jī)葉輪液動(dòng)濕式除塵器主要由進(jìn)風(fēng)集流器、噴霧器、液動(dòng)風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)導(dǎo)流體及脫水裝置等組成,見圖3。液動(dòng)濕式除塵器工作原理:掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn),由此產(chǎn)生的抽吸負(fù)壓通過進(jìn)風(fēng)集流器將含塵氣流吸入,含塵氣流在經(jīng)過噴霧器時(shí)與噴霧器噴射出的水霧相混合后進(jìn)入風(fēng)機(jī),在風(fēng)機(jī)葉輪的攪動(dòng)下含塵氣流與水霧得到進(jìn)一步的混合,增強(qiáng)水霧與風(fēng)流中粉塵的相互作用;在風(fēng)機(jī)的驅(qū)排作用下含塵氣流進(jìn)入旋風(fēng)導(dǎo)流體并產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),粉塵經(jīng)與水霧粒子相互作用被捕獲,未被捕獲的粉塵粒子在離心力的作用下被拋向除塵脫水裝置壁面,與附著在除塵脫水裝置壁面上不斷向前運(yùn)動(dòng)的水膜相混合而被捕獲,使粉塵粒子從含塵氣流中得到分離;被拋向除塵脫水裝置壁面上的水霧形成一層沿出口方向不斷向前旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、并夾帶或吸附粉塵粒子的水膜層,在除塵脫水裝置排風(fēng)口處從風(fēng)流中分離出來并由排污管排出,得到凈化的風(fēng)流由排風(fēng)口排出,從而達(dá)到凈化含塵風(fēng)流的目的。除塵器配套風(fēng)機(jī)葉輪采用抗靜電、阻燃、高強(qiáng)度塑料,風(fēng)機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生摩擦火花,使用壽命長。通過調(diào)節(jié)供給液壓馬達(dá)的油量,可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速,獲得不同的處理風(fēng)量,以適應(yīng)不同的作業(yè)需求。3長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)工藝參數(shù)高效的除塵器,雖然有很高的除塵效率,但如果機(jī)掘工作面產(chǎn)生的粉塵絕大多數(shù)不能進(jìn)入除塵器中凈化處理,機(jī)掘工作面高濃度的粉塵仍然不能有效地去除。因此選擇合理的配套工藝,充分發(fā)揮通風(fēng)排塵、控塵和高效抽塵凈化的作用,使之與機(jī)掘工作面的生產(chǎn)技術(shù)條件、特別是與采用的掘進(jìn)機(jī)相適應(yīng),形成一套完整的通風(fēng)—除塵系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)高效降低機(jī)掘工作面粉塵濃度的關(guān)鍵所在。綜掘工作面抽塵凈化系統(tǒng)總體布置如圖4所示。為提高掘進(jìn)工作面的降塵效果,長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)工藝參數(shù)應(yīng)符合以下幾點(diǎn)要求。1)除塵器處理風(fēng)量應(yīng)為工作面供風(fēng)量的75%~85%,即應(yīng)滿足式(1)的要求:Q′=(0.75~0.85)Q(1)式中:Q′為除塵器的處理風(fēng)量,m3/min;Q為工作面供風(fēng)量,m3/min。2)壓入式風(fēng)筒口距掘進(jìn)工作面的距離一般以12~15m為宜,也可按式(2)進(jìn)行計(jì)算:Lf≤5S√(2)Lf≤5S(2)式中:Lf為壓入式供風(fēng)筒的控塵裝置末端出風(fēng)口距掘進(jìn)工作面距離,m;S為巷道斷面積,m2。3)除塵器吸塵口距掘進(jìn)工作面的距離一般最大不超過4m,也可按式(3)進(jìn)行計(jì)算:Li≤1.5S√(3)Li≤1.5S(3)式中Li為壓入式供風(fēng)筒的控塵裝置末端出風(fēng)口距掘進(jìn)工作面距離,m。4)除塵器排放口與供風(fēng)風(fēng)筒的控塵裝置前端出風(fēng)口的重疊段距離一般在3~10m,也可按式(4)進(jìn)行計(jì)算:Lv≤2S√(4)Lv≤2S(4)式中Lv為除塵器排放口與供風(fēng)風(fēng)筒的控塵裝置前端出風(fēng)口的重疊段距離,m。4巷道圍巖風(fēng)源該系統(tǒng)在新汶?yún)f(xié)莊礦11107E運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭應(yīng)用。此巷道設(shè)計(jì)長度980m,掘進(jìn)時(shí)采用切圓拱形斷面、破煤層頂板施工,采用錨帶網(wǎng)支護(hù),S荒=10.54m2,S凈=9.24m2。巷道施工采用S150型掘進(jìn)機(jī)割煤,采用YT-24型風(fēng)鉆、MSZ60型煤風(fēng)鉆或MQT系列錨桿鉆機(jī)打眼,風(fēng)源來自地面壓風(fēng)機(jī)房。安裝錨桿時(shí)使用MSZ60型煤風(fēng)鉆。工作面采用渦流控塵和液動(dòng)濕式除塵技術(shù)后,通過測試,割煤時(shí)平均粉塵質(zhì)量濃度由530.3mg/m3降至37.34mg/m3,降塵率為92.9%。顯著改善了工作面的作業(yè)條件,有效地保證了礦井的安全生產(chǎn)。5出風(fēng)方向、通風(fēng)除塵工藝優(yōu)勢1)綜掘工作面由于產(chǎn)塵強(qiáng)度大,必須采取控塵和除塵相結(jié)合的綜合防塵措施,方能有效降低其粉塵濃度。2)渦流控塵技術(shù)采用主動(dòng)改變綜掘工作面供風(fēng)系統(tǒng)出風(fēng)方向,能有效控制工作面掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵向巷道后方擴(kuò)散,從而提高除塵系統(tǒng)的收塵效率。3)液動(dòng)濕式除塵器具有安全性能好、除