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神东矿井掘进工作面粉尘治理技术现状
作者：薛军 荔军
来源：《中国科技博览》2014年第28期
[摘 要]巷道掘进是煤矿开采的重要组成部分，在巷道掘进时，掘进设备截割、装载、转运过程中会产生大量粉尘。本文试图对神东两种主要掘进工作面综掘工作面和连采工作面现有的除尘技术进行总结，分析，是为下一步更好的解决神东公司巷道掘进的粉尘问题。综掘工作面，采取悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业进行半煤岩及全岩巷道掘进，粉尘所含SiO2较高，粉尘浓度最高，对人体危害也最大，目前采取的除尘措施有掘进机内外喷雾除尘、湿式除尘系统除尘、干式除尘系统除尘、通风排尘；连采工作面，采取连续采煤机与锚杆钻车交叉配套作业进行煤巷双巷掘进和采取掘锚机组掘锚一体化进行煤巷单巷掘进，双巷掘进时的除尘主要依靠连续采煤机和掘锚机组自身所带的外喷雾和湿式除尘器，单巷快速掘进产生的粉尘量更大，主要采取掘锚机组自身所带的外喷雾和干式除尘设备进行除尘。 [关键词]综掘工作面 连采工作面 湿式除尘 干式除尘
中图分类号：TM793 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0231-02 0 前言
煤尘危害为煤矿五大自然灾害之一，一直是煤炭行业防治工作的重点。煤矿粉尘特有的性质决定了其具有很大的危害性：一方面，粉尘污染的作业环境严重危害工人的身体健康，可引起肺部病变，造成尘肺病。长期接触煤尘的作业人员容易得煤肺病；长期接触岩尘的作业人员容易得矽肺病，对人体的危害最大；长期接触煤和岩尘的作业人员容易得煤矽肺。另一方面，粉尘浓度过高潜伏着爆炸的危险，悬浮的煤尘也是造成煤矿煤尘爆炸的主要原因之一。 巷道掘进是煤矿主要产尘源之一。巷道掘进时，掘进设备在截割、装载、转运过程中会产生粉尘。神东公司掘进工作面按照巷道掘进方式的不同分为三种：综掘工作面，采取悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业进行半煤岩及全岩巷道掘进，掘进机截割下来的粉尘所含SiO2较高，粉尘浓度最高，对人体危害也最大，特别是进行全岩巷道掘进时，在无粉尘防护措施的情况下，截割几分钟后，整个巷道弥漫着白色，伸手不见五指；连采工作面，双巷掘进，采取连续采煤机与锚杆钻车交叉配套作业进行煤巷双巷掘进和单巷掘进，采取掘锚机组掘锚一体化进行煤巷单巷掘进，掘进产生的粉尘主要是煤粉，绝对量大；炮掘工作面，钻眼、爆破与装运是巷道施工中主要工序，产尘量相对最少。由于神东地质条件，连采面也不完全是全煤巷道的掘进，有时碰到加矸也需要短时间进行岩石的破碎。神东公司一直重视矿井巷道掘进粉尘治理工作，并采取了一系列包括喷雾、降尘水幕、湿式除尘系统、干式除尘系统、通风排尘等措施来解决神东矿井掘进工作面的粉尘污染问题，井下粉尘浓度得到有效控制。为了能够更好的进行神东煤矿掘进工作面的防尘工作，更好的保障矿工们身心健康和促进煤矿安全生产，有必要
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对神东公司掘进工作面的主要除尘技术进行分析总结。由于神东炮掘工作面产生的粉尘量相对最少，本文将主要对综掘工作面、连采工作面的粉尘治理技术进行分析总结。 1. 综掘工作面除尘技术
神东公司综掘工作面的主要掘进设备为悬臂式掘进机完成巷道的掘进，液压锚杆机完成巷道的锚杆支护工作，无轨胶轮车完成掘进机截割下来物料的转运工作。粉尘源主要是掘进机截割煤岩时产生的粉尘，神东公司目前采取的除尘措施包括以下几个方面：掘进机内外喷雾除尘、湿式除尘系统除尘、干式除尘系统除尘、通风排尘。 1.1 掘进机内外喷雾除尘
国家煤矿安全规程规定，掘进机作业时，应使用内、外喷雾装置，内喷雾装置的使用水压不小于3MPa，外喷雾装置使用水压不小于1.5MPa；如果内喷雾装置的使用水压小于3MPa或无内喷雾装置，则必须使用外喷雾装置和除尘器。内喷雾由于喷嘴离截齿近，内喷雾在粉尘产生的源头截齿齿尖进行灭尘，有很好的效果，而目前国内外掘进机的内喷雾装置，在使用很短时间后即出现喷嘴堵塞，水封损坏等问题，内喷雾基本不起作用，目前掘进机内喷雾已成摆设。外喷雾时，由于喷嘴离粉尘较远，粉尘容易扩散开。 1.2 湿式除尘系统除尘
采取使用湿式除尘设备对工作面的粉尘进行抽尘净化。在通风形式上采用长压短抽的混合通风除尘方式，即长距离送风到掘进作业点，湿式除尘器在掘进作业点除尘形成短距离抽风。 1.2.1 控尘技术
为解决掘进工作面含尘气流向外扩散问题，我们在矿方轴向通风风筒靠近工作面一定距离增加一控尘装置，一种利用气流的附壁效应，将原压入式风筒供给综掘工作面的轴向风流改变为沿巷道壁的旋转风流，并以一定的旋转速度吹向巷道的周壁及整个巷道断面，形成一堵风墙，并不断向综掘工作面推进，在掘进机司机工作区域的前方建立起阻挡粉尘向外扩散的空气屏幕，封锁住掘进机工作时产生的粉尘，使之经过吸尘风筒吸入除尘器中进行净化而不外流，从而提高了综掘工作面的收尘效率。见图2。
以及通过对通风除尘系统参数的合理匹配，实现掘进工作面产生的粉尘能全部进入除尘器，实现掘进面粉尘有效控制。 1.2.2 湿式除尘器主要技术参数
神东公司目前在用的湿式除尘器主要有德国CFT公司湿式除尘器HCN400/1a和HCN600/1a两种。见表1
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1.2.3 除尘设备巷道安装布置
神东公司矿井的具体情况，由于巷道高度，湿式除尘设备不能安装在掘进机上方；掘进机后配套运输设备为无轨胶轮车进行非连续运输，因此除尘器不能像国内其他矿井一样安装在皮带机尾上可随掘进机移动，目前只能布置在掘进机后方巷道一侧，当掘进机达到一定进尺时，需要通过装载机移动除尘器和人工移动风筒。 1.2.4 使用效果
该湿式除尘系统采用附壁风筒控尘技术和高效湿式除尘器除尘技术，掘进工作面使用该除尘设备以后，掘进工作面的粉尘浓度得到了有效降低，工作面作业条件明显改善。缺点：对呼吸性粉尘处理能力不足；当进行全岩巷道掘进时，粉尘浓度增加到一定程度时，除尘效率有所下降以及除尘器除雾垫层需每班进行冲洗，否则长时间连续工作易造成堵塞，影响除尘效果；需要消耗一定的水，除尘之后的污水需要排至巷道。 1.3 干式除尘系统除尘
在德国等采煤发达国家，掘进巷道的粉尘处理普遍采取更先进的干式除尘设备，干式除尘相对湿式除尘除尘效率更高，干式除尘率可达到99.997%，而且不论工作面粉尘含量增加多少。同时干式除尘不仅能够实现对大于5μm的粉尘高效处理的同时，也能够对小于5μm的粉尘进行高效处理，消除尘肺病对煤矿井下作业人员的危害。
神东公司从2012年开始引进德国先进干式除尘系统HBKO1/600，并于2012年3月在神东公司哈拉沟煤矿开始使用，这也是国内首台干式除尘设备在煤矿井下应用。 1.3.1 干式除尘系统结构
HBKO1/600干式除尘系统主要包括：电控箱、负压风筒、干式除尘器、控尘装置、矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机等组成。位于干式除尘器后面的风机提供动力，通过负压风筒将工作面的粉尘吸入干式除尘器进行处理。控尘装置安装在供风风筒中间，作用：控制综掘工作面含尘气流不向巷道后方扩散，使大部分含尘气流进入干式除尘器。 1.3.2 干式除尘器的主要技术参数 处理风量（m3/min） 600 适应端面（㎡） 18～24 除尘器总粉尘除尘效率 ≥99.9% 除尘器呼吸性粉尘除尘效率 ≥99.3%
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滤袋数量（件） 104 滤布面积（㎡） 282 刮板电机功率（kW） 0.75 压缩空气压力（公斤） 4.5 除尘器重量（t） 约10
外形尺寸（m） 17920×1440×1550 1.3.3 使用效果
作为国内首台干式除尘设备在国内煤矿井下的应用，该系统成套设备于2012年3月8日设备开始在哈拉沟煤矿12煤东翼二盘区辅运上山掘进工作面使用，除尘效果明显，神东公司2012年4月5日现场对粉尘浓度进行了测试，巷道综合除尘效率可达93.5%。现场工作人员普遍反映：巷道粉尘浓度明显降低，除尘效果非常显著，整个巷道视线清晰，空气质量明显改善。
这是目前神东掘进工作面使用过的除尘效果最好的除尘设备。但与干式除尘设备在德国等先进采煤国家的使用效果还有点差距，同样的干式除尘设备在德国煤矿使用后，巷道粉尘浓度可降至2mg/m3以下。本文认为主要原因如下：
如图4所示。在德国，干式除尘设备是通过单轨吊安装在巷道上方，移动方便灵活，距离工作面的距离保持在60米左右，保证了干式除尘设备吸风风筒在工作面的吸风量，工作面的粉尘能全部被吸入除尘器进行处理，而不会向后扩散。
图5为神东哈拉沟煤矿干式除尘设备的安装布置图，干式除尘设备布置在巷道一侧地面上，距离工作面30米。由于干式除尘设备体积比较大，移动不太方便，因此当掘进工作面向前推移后，干式除尘设备并不能及时向前移动，在实际使用时，往往一个多月才移动一次，这时干式除尘设备距离工作面已达到120～150米，由于阻力增大，干式除尘器在工作面的吸风风量已达不到设计要求，导致工作面的粉尘有一部分向巷道后方扩散，而不能及时进入除尘器。
因此，为了更好的发挥好干式除尘设备的功效，进一步降低综掘面的粉尘浓度，达到煤矿安全规程的要求，下一步需要针对神东矿井的实际情况，采取有效措施，保证干式除尘设备在工作面吸风量。目前神东公司计划采取变频风机以及在原风机的后面再串联风机的解决方案，正在研究实施。 1.4 通风排尘
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如图所示，通风排尘是通过矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机将工作面的粉尘抽出排至排风巷道。从原理上，只要保证足够吸风量，就可以将工作面的粉尘抽走，与使用除尘设备一样，都可对巷道的粉尘进行有效控制，与使用除尘设备所不同的是该方式只是将粉尘抽出排至排风巷道，而不对粉尘进行任何处理，造成回风系统的污染。相对湿式及干式除尘设备结构简单，操作、维护简单。在实际使用时，由于使用条件所限，神东公司所使用抽出式通风机的能力有限，当掘进面距离排风巷短阻力较小时或者工作面粉尘浓度不高时，该方式能对工作面粉尘进行有效控制。当掘进面距离排风巷变远阻力变大后，吸风能力不足，粉尘并不能被有效吸入，而扩散至巷道。 2.连采工作面除尘技术
神东公司连采工作面的主要掘进方式有两种：双巷掘进，连续采煤机和锚杆钻车掘锚交叉作业完成双巷或多巷掘进，后配套设备有梭车、给料破碎机、带式输送机等，粉尘源主要是连采机截割煤岩时产生的粉尘，工作面的主要防尘措施靠连采机外喷雾和机载除尘器；单巷掘进，掘锚机组进行煤巷单巷的快速掘进，由于掘锚机组掘支平行，掘进速度更快，后配套主要由跨骑式八臂锚杆钻车、自适应皮带转载机、履带式自移机尾、迈步式自移机尾、两臂锚杆钻车等五种设备组装而成，粉尘源主要是掘锚机组截割煤岩时产生的粉尘，由于掘锚机组的掘进速度更快，工作面的产尘量更大。工作面的主要防尘措施靠掘锚机组外喷雾和干式除尘设备。 2.1 双巷掘进粉尘治理
目前神东公司双巷掘进的主要掘进设备是连续采煤机和掘锚机组，防尘措施主要依靠连续采煤机和掘锚机组所带的外喷雾和机载湿式除尘器。神东公司连续采煤机基本采用美国九益公司的，带有外喷雾和机载湿式除尘器；
掘锚机组大多采用瑞典山特维克公司的，带有外喷雾，设计本身只有除尘风道没有除尘器，掘锚机组现有的除尘设备是按照神东公司的要求在掘锚机组的运输槽部增加的。 连续采煤机和掘锚机组所带的外喷雾和机载湿式除尘器实际使用效果不是特别理想，原因如下：
* 神东公司煤内水分高达8%～9%，而煤质要求全水分必须小于12%～14%。因此在连采机和掘锚机组的外喷雾实际使用时受到很大；
* 各矿连采队对粉尘治理重视程度不够，不能按要求及时维修、清理，造成喷嘴堵塞，过滤网煤泥过多，严重影响除尘器的使用效果；
* 由于体积，连采机和掘锚机组机载除尘器的能力有限，特别是工作面遇到加矸情况时，工作面产尘量增大，连采机和掘锚机组机载除尘器并不能将粉尘吸入有效处理。 2.2 单巷快速掘进粉尘治理
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单巷快速掘进采取的是掘锚机组掘支平行作业，掘进速度更快，神东公司大柳塔矿目前在用的世界首套快速掘进系统使用的就是该种掘进方式，月进尺高达1500米，产尘量相对双巷掘进更大，为解决粉尘污染问题，在使用掘锚机组自身所带的外喷雾外，神东还采用更先进的并在综掘工作面使用过的干式除尘设备，并合理配置压入式风机和抽出式风机的风量，避免巷道出现微风区。由于干式除尘设备体积大，在巷道地面一侧布置，移动不太方便，为解决因掘进距离增加造成除尘器吸风量不足的问题，为了保证干式除尘器吸风风筒能够随着掘进同步延伸，矿里同生产厂家联合研制了风筒储存仓，具备100米钢圈风筒的储存能力，掘进机向前掘进1米风筒就自然跟着延伸1米，100米之内不用人为延伸风筒。除尘效果显著，工作面的粉尘浓度得到有效控制。
干式除尘设备由于其除尘效率更高、对人体危害最大的5μm以下粉尘的更好处理能力的优点，能够对单巷快速掘进时产生的大量粉尘进行有效处理，并且不消耗水，避免了使用喷雾和湿式除尘使用水对煤质的影响。而干式除尘设备体积大移动不方便是其缺点，为了推广干式除尘设备在神东单巷快速掘进中的使用，下一步计划将干式除尘设备安装布置在快速掘进后配套设备上，保证干式除尘器能够随着掘进同步延伸。 3.结语
综掘工作面，当进行半煤岩巷道掘进粉尘浓度不高时，使用湿式除尘设备和通风排尘都能对粉尘进行有效处理，当进行全岩巷道掘进粉尘浓度较高时，采取干式除尘设备能更好的解决粉尘污染问题；连采工作面，加强管理，用好连采机和掘锚机自身外喷雾和湿式除尘器仍是目前解决双巷连采工作面的现实选择；单巷掘进：干式除尘设备由于其除尘效率更高、对呼吸性粉尘处理能力更强、不使用水等优点，是神东单巷快速掘进粉尘治理的优选设备。 参考文献
[1] 刘佩 现代化矿井粉尘综合治理技术探讨 煤矿安全与环保 2009年04期. [2] 荔军.岩巷掘进工作面除尘技术与装备研究.煤矿机械第34卷第02期. [3] 张殿印，王纯，等.除尘器手册.化学工业出版社.
[4] 程卫民，刘向升，阮国强等煤巷锚掘快速施工的封闭控尘理论与技术工艺。煤炭学报34卷第02期.
