水幕降尘装置研制与实践应用

郭 帅

（同煤集团云冈矿，山西 大同 037003）

煤矿井下岩巷或半煤岩巷掘进工作面是主要的粉尘来源，粉尘浓度最高达1000mg/m3以上。煤矿井下粉尘的存在能加快设备的磨损，引发粉尘爆炸事故，还能诱发工人的职业病。近年来云岗矿做了大量的工作，探索了多种形式的除尘方式，如高压喷雾除尘、长压短抽干/湿式除尘等，取得了一定效果，但未彻底解决该问题。由粉尘污染造成的严重危害长期以来一直得不到有效控制，本文主要是针对云岗矿复采工作面的降尘除尘问题研制一款水幕除尘装置并进行实践应用研究。

1 工作面煤尘情况

云岗矿复采81003工作面采用综采放顶煤工艺，采高2.3m，设计运输和胶带平巷布置在原81003工作面的采空区内，煤层厚度为4.0m。原81003工作面开采作业完成后，顶板跨落导致很多有毒有害气体都到采空区内聚集，检测数据表明复采81003工作面空气质量不佳，同时数据表明复采工作面粉尘浓度为原工作面的1.6倍，呼吸性粉尘浓度比例为38%，这严重威胁到井下人员身心健康。

针对复采81003工作面采用了高压喷雾除尘、长压短抽干/湿式除尘和通风控尘等多种降尘除尘技术，有效地控制了粉尘的浓度。但在回风巷道距工作面5～20m处的粉尘浓度严重超标，分析原因为新鲜风流夹带大量粉尘进入回风巷道，因此必须对回风巷道进行二次降尘除尘处理。当前国内煤矿还没有有效的设备和手段处理此情况，因此该矿与中煤科工集团重庆研究院联合设计和研制了一款水幕除尘装置来进行降尘除尘作业。

2 水幕除尘装置的研制和应用

云岗矿技术科联合中煤科工集团重庆研究院针对复采81003工作面回风巷道距工作面5～20m处的粉尘浓度超标的实况，开发了一款水幕除尘装置，可以有效地控制粉尘的浓度，达到除尘的目的。

2.1 水幕除尘装置结构

设计的水幕除尘装置为门式结构，具体结构示意如图1所示。该水幕除尘装置包括钢架门框、纱网、喷液管、流水槽、挂钩、小门等结构。门框为钢架门框，呈矩形；纱网各边都固定在钢架门框上，构成纱窗结构，设计中将纱网设计为两层的绷紧状态；装置右下角安装一纱窗小门，供行人进出。水幕除尘装置设计的边框、型材、橡胶压条等配件都实行标准化和规模化生产，为水幕除尘装置的生产、制造、安装和维修提供便利，提高了生产和使用效率。

图1 水幕除尘装置结构

钢架门框的下边缘落入流水槽中心轴线上，喷液管的正下方管壁上开设一狭缝与回风巷道外部的储液槽连接，方便储液槽内储的除尘液的进入。流水槽一端封闭，另一端敞口，敞口端位于回风巷道内巷帮处的排水沟中轴线的上方。同时在该装置的钢架门框上设相应的挂钩方便安装使用，挂钩悬挂在回风巷内的钢架棚上。

该水幕除尘装置结构的技术性能参数。除尘效率：＞ 90%；额定水压：＜10MPa；喷雾流量：根据喷嘴数量确定；处理含尘风量：根据巷道断面确定；工作方式：长期连续工作；适用环境温度：＞0℃。

2.2 除尘液

该水幕除尘装置喷液管中所用的除尘液主要是中水加降尘剂。中水为污水处理厂净化后生产所形成，降尘剂为多功能高分子聚合物R。降尘剂按一定比例添加到中水中混匀形成除尘液，该除尘液能对井下粉尘实现高效的湿润作用，同时还增加粉尘自重，让粉尘迅速的沉降，从而达到将尘除尘的目的。同时除尘液中的多功能高分子聚合物能有效地降低水的表面张力，消除水雾与粉尘之间的静电斥力，加速两者之间的凝并，提高降尘效果。

针对复采81003工作面产尘浓度为原工作面1.6倍的实际情况，特设定降尘剂浓度实验中的浓度选取为：0.15%、0.25%、0.35%、0.45%、0.55%、0.65%、0.75%、0.85%、0.95%、1.05%。固定其他因素，变化降尘剂的浓度，来进行降尘剂的浓度对降尘效果和对水的表面张力影响的实验。试验检测数据结果如表1和图2所示。

表1 降尘剂的浓度对降尘效果的影响

图2 水的表面张力与降尘剂浓度关系

从表1可知，随着降尘剂浓度的增大，降尘效率逐渐增大，从55.2%逐渐增大到85.9%，当降尘剂浓度为0.55%时除尘效果增长最快，相对于0.45%时降尘效果增长了15%，随后降尘效果增长非常缓慢。结合水的表面张力因素分析可知，当降尘剂浓度为0.55%时水的表面张力也降低到了最低值。随后尽管降尘剂浓度增大，但是水的表面张力保持不变。因此结合环境因素和经济成本因素，选择降尘剂的浓度为0.65%～0.75%即可。

2.3 水幕除尘装置除尘原理

从图1中可知，水幕除尘装置中的纱网为两层，层与层之间保留相应的距离，提高了降尘效果。喷液管的正下方管壁上开设的一狭缝能在喷液管喷液时形成一道水幕，进一步形成小孔水膜。小孔水膜可以捕捉污风中存在的粉尘，达到降尘除尘的作用。经过多方位的降尘除尘，能大面积降低进入到回风巷道的粉尘浓度。

3 实践应用效果分析

云岗矿复采81003工作面在采区采用了高压喷雾除尘、长压短抽干/湿式除尘和通风控尘等多种降尘除尘技术措施后，粉尘浓度仍然很高，数据检测表明回风巷道距工作面5～20m处的粉尘浓度更是严重超标。煤矿为保障开采设备和操作人员的安全着想，在回风巷道5m处安置了联合设计研制的水幕除尘装置，起二次降尘除尘作用，全面控制回风巷道粉尘的浓度。并对水幕除尘装置应用后的降尘效果进行了相应的检测，检测数据如表2所示。

表2 水幕除尘装置应用后回风巷道内粉尘浓度检测表

从表2数据可以看出，经过水幕除尘装置后，粉尘浓度得到了明显的控制，距离除尘装置后80m处，粉尘浓度值降低到了55mg/m3，有效地提高了空气质量，充分说明云岗矿复采81003工作面水幕除尘装置的研制与实践应用是成功的。

4 结论

（1）在云岗矿复采81003工作面时，在距离工作面5m处的回风巷道内安置水幕除尘装置。数据检测结果表明：2次降尘处理后降尘效果达到92%以上，该水幕除尘装置的应用能有效降低粉尘浓度，提高井下空气质量。

（2）该水幕除尘装置的研制，全部采用生产标准化和规模化，安装简单方便，在装置上设有人员进出小门，该水幕除尘装置的设计合理、实用。