我國煤礦掘進(jìn)面降塵設(shè)備的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探討


近年來，隨著科技的進(jìn)步，煤礦機(jī)械化采掘程度日益提高，在礦井生產(chǎn)量得到大幅提升的同時(shí)，煤礦采掘作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵量也急劇上升，尤其在煤層掘進(jìn)、綜采、割煤、移架、運(yùn)輸?shù)冗^程中，煤礦生產(chǎn)粉塵濃度之高_(dá)加嚴(yán)重，不但降低工作現(xiàn)場可見度，在些許程度上對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。礦井粉塵的危害主要有兩個(gè)主要方面：一是粉塵爆炸，二是塵肺病。礦井粉塵具有可燃性，如果煤礦粉塵不斷積聚，達(dá)到限值時(shí)，很可能引起粉塵爆炸。在煤礦采掘過程中，作業(yè)人員長期地吸入煤礦粉塵，可能誘發(fā)嚴(yán)重的塵肺病癥。塵肺病已成為我國煤礦采掘作業(yè)人員常見的一種職業(yè)病。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國有將近 30 多萬的煤礦塵肺病患者，大約占到患此病人數(shù)的 50%。由此可見，采取有效措施降塵與防塵刻不容緩。

一、掘進(jìn)工作面主要降塵設(shè)備
隨著綜掘技術(shù)及裝備在煤礦巷道掘進(jìn)的普遍應(yīng)用, 掘進(jìn)工作面已成為煤礦井下作業(yè)兩大產(chǎn)塵點(diǎn)之一。目前我國煤礦掘進(jìn)工作面主要降塵設(shè)備有除塵器系統(tǒng)、掘進(jìn)機(jī)噴霧、凈化水幕及捕塵網(wǎng)等。

1.1除塵器系統(tǒng)
用除塵器進(jìn)行除塵是煤礦巷道掘進(jìn)作業(yè)中一種重要的降塵方法。另外，除塵器利用除塵風(fēng)機(jī)處理空氣中的飄塵，捕獲飄塵的效果很好，明顯優(yōu)于噴霧降塵的捕塵效果，有效凈化了煤礦巷道中的空氣效果。近幾年，除塵系統(tǒng)大部分是與掘進(jìn)機(jī)配套使用，采用長壓短抽的局部通風(fēng)方式。除塵器主要由旋流脫水段、配套風(fēng)機(jī)和過濾除塵段組成。除塵器可以安裝在多個(gè)部位，如轉(zhuǎn)載機(jī)的后面和掘進(jìn)機(jī)上，還可以利用單軌吊吊掛在巷道的頂部。塵器前后所接吸塵罩和風(fēng)筒的總長度不得_過 30 m，風(fēng)筒斷面積要大于0.19 m 2 。除塵器吸塵口通過負(fù)壓風(fēng)筒接至距工作面迎頭 2~3 m 范圍內(nèi)。在壓入式供風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)筒的末端須加入控塵裝置，以提高除塵器的收塵效率和除塵效率。除塵器固定好之后，按要求接通水源、電源，供水管路應(yīng)設(shè)置水質(zhì)過濾器，在凈化水的同時(shí)，防止噴頭堵塞，綜合防塵管路的壓力要不大于 3.0 MPa。在除塵器處于噴霧的情況下才能接通電源，啟動(dòng)除塵器。

1.2除塵噴霧裝置
所謂的噴霧降塵是指在進(jìn)行煤礦巷道作業(yè)時(shí)，采用噴霧裝置噴灑巖堆和煤堆，使巖堆和煤堆表面的灰塵得到抑制，通常噴霧器會(huì)噴出水霧狀，能夠起到捕獲下降粉塵的作用。目前在煤礦巷道的作業(yè)中多采用一種高壓噴霧的技術(shù)，這種技術(shù)耗水量相對(duì)較低，除塵效率比較高，對(duì)于呼吸性粉塵的降塵效率高達(dá) 65%，總體降塵效率約 75%。高壓噴霧降塵系統(tǒng)由自控水箱、過濾器、高壓泵(機(jī)載)、高壓管路、高壓引射噴霧降塵裝置及控制部分組成。噴霧降塵裝置可用在掘進(jìn)機(jī)和采煤機(jī)上。在掘進(jìn)機(jī)施工作業(yè)時(shí)，除了使用除塵器系統(tǒng)，_是內(nèi)外高壓噴霧。掘進(jìn)機(jī)噴霧裝置分為內(nèi)外兩種，內(nèi)噴霧通過掘進(jìn)機(jī)截割結(jié)構(gòu)上的噴嘴向煤體進(jìn)行噴霧降塵。外噴霧裝置安裝在掘進(jìn)機(jī)截割臂上對(duì)揚(yáng)塵進(jìn)行捕捉除塵。由于工作面水質(zhì)較差、水壓不足等原因，噴霧裝置噴嘴有被堵塞的問題。

1.3除塵凈化水幕
凈化水幕是在敷設(shè)于巷道頂部或兩幫的水管上間隔地安上數(shù)個(gè)噴霧器噴霧以達(dá)到降塵的目的。凈化水幕應(yīng)安設(shè)在支護(hù)完好、壁面平整、無斷裂破碎的巷道段內(nèi)。因作用不同，凈化水幕的具體安裝位置也會(huì)不同。在裝載運(yùn)輸時(shí)的防塵，要把風(fēng)流凈化水幕安裝在下風(fēng)側(cè) 20 m 的地方。在對(duì)錨噴支護(hù)進(jìn)行防塵時(shí)，主要采用除塵器抽塵凈化來進(jìn)行錨噴作業(yè)。對(duì)要灑水預(yù)濕下井前的混合石料，要安裝兩道以上的風(fēng)流凈化水幕在作業(yè)地點(diǎn)下風(fēng)流方向 100 m 內(nèi)的地方。可根據(jù)巷道條件，選用光電式、觸控式等水幕控制方式。大巷定時(shí)自動(dòng)噴霧降塵水幕系統(tǒng)能自由設(shè)定打開和關(guān)閉噴霧的時(shí)間，行人經(jīng)過時(shí)能自動(dòng)停止或定時(shí)噴霧，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)灑水或不灑水狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

1.4捕塵網(wǎng)
捕塵網(wǎng)是利用直徑 50 mm 的鋼管、錨桿、錨網(wǎng)以及柔性網(wǎng)或塑料窗紗加工成全為斷面捕塵網(wǎng)，一般安設(shè)在距工作面 200~300 m 外，直徑 50 mm 鋼管和錨桿是捕塵網(wǎng)的主干，骨架迎風(fēng)側(cè)設(shè)一層錨網(wǎng)，在錨網(wǎng)的迎風(fēng)側(cè)設(shè)柔性網(wǎng)或塑料窗，這樣配合著凈化水幕，一起起到降塵的作用。當(dāng)帶有粉塵的空氣在巷道內(nèi)流動(dòng)，遇到捕塵網(wǎng)時(shí)，捕塵網(wǎng)形成的水膜在流動(dòng)破裂的同時(shí)逐漸濕潤粉塵，從而達(dá)到降低空氣中粉塵的作用。要注意對(duì)捕塵網(wǎng)進(jìn)行定期的清理工作，以去除表面的積塵，一般為半月一次。

二、目前我國煤礦掘進(jìn)面降塵設(shè)備存在的主要問題
1.掘進(jìn)機(jī)和工作面所配備的通風(fēng)系統(tǒng)協(xié)功能還不完善，一些新技術(shù)還沒有得到充分利用。
2.煤礦采掘除塵風(fēng)機(jī)多安置在掘進(jìn)機(jī)的后端，在采掘過程中無法靈活移動(dòng)，很大程度上影響了采掘的效果。
3.掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)外噴霧裝置容易出現(xiàn)噴嘴堵塞的現(xiàn)象，一方面降低了降塵效果，同時(shí)也增加了成本開支。
4.濕式除塵器對(duì)水及其他液體的消耗較大，污水處理成本較高，且容易被酸性氣體腐蝕，對(duì)環(huán)境及溫度有一些要求。五是我國目前使用的降塵設(shè)備，普遍存在噪音大、靈活性差的問題。


三、我國煤礦掘進(jìn)面降塵設(shè)備的改進(jìn)及發(fā)展趨勢
1）加大采煤機(jī)研發(fā)力度。首先，進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性，主要是完善和提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能。其次，研發(fā)適合我國復(fù)雜地形的四象限運(yùn)行的電牽引采煤機(jī)，將重點(diǎn)放在適合中厚煤層的中等功率的電牽引采煤機(jī)的研發(fā)上。第三，開展大功率采煤機(jī)需滿足整機(jī) 2000萬 t 采煤量壽命的總體設(shè)計(jì)。第四，加大信號(hào)傳輸系統(tǒng)的研究。第五，加大大功率采煤機(jī)的監(jiān)測、診斷和控制系統(tǒng)的研究。
2）完善井下除塵系統(tǒng)。目前我國掘進(jìn)機(jī)和工作面所配備的通風(fēng)系統(tǒng)功能還不完善，沒有充分考慮到所需要通風(fēng)的風(fēng)量、通風(fēng)風(fēng)筒與除塵設(shè)備口的距離，這些還需進(jìn)一步的研究和實(shí)踐檢驗(yàn)。通風(fēng)除塵方面，可考慮用附壁筒通過技術(shù)形成漩渦狀風(fēng)流，以增強(qiáng)除塵效果。另外，除塵系統(tǒng)噪音較大，靈活性不夠，要積_探索除塵系統(tǒng)降低噪音污染的問題。
3）改進(jìn)除塵風(fēng)機(jī)。目前我國煤礦采掘除塵風(fēng)機(jī)多安置在掘進(jìn)機(jī)的后端，在采掘過程中無法靈活移動(dòng)，滿足不了靈活開采的需要，因此要致力于研發(fā)和改進(jìn)能與掘進(jìn)機(jī)配套的除塵風(fēng)機(jī)。
4）改進(jìn)濕式除塵器。我國井下作業(yè)常用的除塵設(shè)備_是濕式除塵器，濕式除塵器有成本低、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但其耗水及其他液體的成本較大，酸性氣體對(duì)設(shè)備有腐蝕作用，且對(duì)環(huán)境及溫度有要求，如達(dá)不到其環(huán)境及溫度的要求，將影響除塵效果，因此，對(duì)濕式除塵器需進(jìn)行改進(jìn)?？煽紤]使用干式除塵系統(tǒng)，干式除塵系統(tǒng)效果好，且體積小、噪音小，對(duì)環(huán)境及溫度沒有要求，適合各種環(huán)境的使用。
5）積_改進(jìn)噴嘴堵塞的問題。內(nèi)外噴霧裝置對(duì)于控制粉塵有很明顯的功效，但其噴嘴容易出現(xiàn)堵塞的問題，減弱了降塵效果，要積_研發(fā)功能_強(qiáng)的噴嘴，提高降塵效果，降低_換頻率，控制使用成本。
6）研發(fā)多功能復(fù)合型的除塵設(shè)備，如慣性沖擊靜電除塵器、靜電旋風(fēng)除塵器等。還有結(jié)合現(xiàn)代_技術(shù)，如磁力、電磁聚、移動(dòng)床顆粒層除塵器，研發(fā)出新型節(jié)能的除塵設(shè)備。

經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，我國煤礦雖然有多種煤塵防治設(shè)備及手段應(yīng)用在生產(chǎn)中，但基本上都是從點(diǎn)、線上防治，側(cè)重于末端治理，均未實(shí)現(xiàn)防治設(shè)備及技術(shù)的自動(dòng)化，設(shè)備及技術(shù)水平還有差距。因此，要從礦塵的源頭抓起，控制礦塵源并減少礦塵源的產(chǎn)生以及實(shí)行生產(chǎn)的全過程控制，不斷改進(jìn)設(shè)備及工藝，實(shí)現(xiàn)有效降塵、高產(chǎn)的目的。