采掘巷道通风除尘系统优化应用

薄 乐

（晋能控股煤业集团地煤大同有限公司，山西 大同 037000）

1 8503 工作面概况

晋能控股煤业集团地煤大同有限公司焦煤矿8503 工作面位于305 盘区，工作面北部为5 号层8501 工作面，西部为柴沟煤矿，南部为实体，东部为盘区巷，上覆为4 号层305 盘区8503 工作面采空区，在层间距3.9～14.5 m 之间由南向北逐渐变薄，平均厚度为9.2 m。

8503 工作面回采煤层为5 号层，工作面煤层4.3～13.9 m，平均厚度在9.2 m 左右；含1～4 层夹石，夹石厚度0.2～0.6 m，煤厚变化较稳定。8503 工作面采用两巷布置，其中2503 皮带顺槽、5503 轨道顺槽和8503 切巷皆沿5 号煤层底板布置。

8503 工作面采用综合机械化回采工艺，选用MG480/1162-WD 采煤机采煤、ZF10000/22/35 型普通支架进行顶板支护和SGZ800/2×400 型刮板运输机与顺槽内DTL 带式输送机联合运煤。

由于工作面回撤的5 号煤层稳定性差，采煤机落煤后成破碎状，受顺槽风流影响，顺槽带式输送机在运输过程中巷道内产生高浓度粉尘，工作面回撤前期通过在顺槽内安装喷雾洒水装置进行降尘，但是实际降尘效果差。通过粉尘浓度监测发现，顺槽内粉尘质量浓度高达149 mg/m3，能见度不足25 m，严重威胁着工作面安全高效回采。

2 回采前期顺槽降尘装置及其存在问题分析

2.1 传统降尘装置

8503 工作面回采前期在运输顺槽内通过安装喷雾洒水装置进行降尘，该装置主要由高压喷头、喷头支架、高压胶管、阀门等部分组成，支架长度为4.5 m，采用直径为25 mm 圆钢管焊制而成，高压喷头安装在支架上，共计6 个；巷道每隔100 m 安装一道喷雾装置，8503 运输顺槽共计安装10 套喷雾装置；安装时喷头支架安装在巷道顶板处，高压胶管通过阀门安装在巷道内4 寸静压水管上；当工作面回采时，人工开启阀门实现喷雾降尘。

2.2 主要存在的问题

1）自动化水平低：传统喷雾洒水装置结构简单，采用人工开启方式，不仅自动化水平低，而且劳动作业强度大，不适用于长臂回采工作面。

2）设备安装数量多：以8503 运输顺槽为例，巷道长度为1049 m，巷道每隔100 m 安装一套喷雾洒水装置，共计安装10 套。巷道内喷雾洒水装置安装数量多，成本费用高，而且传统喷雾洒水装置高压喷头很容易堵塞，装置故障率高，增加了工作面降尘费用。

3）静压水损失量大：传统喷雾洒水装置主要采用人工开启方式，装置无法根据巷道内粉尘浓度自动降尘。通过现场计算，每套喷雾洒水装置洒水量为0.8m3/h，喷雾水压为0.3 MPa，工作面静压水损失量为80 m3/h，静压水损失量大，降低了静压水水压。

4）降尘效果差：传统喷雾装置主要通过静压水高压作用将水源从高压喷头雾化成水雾颗粒，实现对扬尘吸附沉降作用，而8503 运输顺槽为进风巷，巷道平均风速为1.8 m/s，雾化的水雾颗粒在高速风流作用下聚集性差，降尘率不足60%，降尘效果差。

5）巷道积水量大：由于巷道内安装的喷雾洒水装置数量多，喷雾量大，降尘后的积水流入巷道内，导致巷道内积水量大，对机电设备防爆性能影响大。

3 8503 运输顺槽通风除尘系统优化

为了进一步提高8503 运输顺槽降尘效果，弥补传统喷雾洒水装置存在的不足，焦煤矿通风部通过技术研究，决定对8503 运输喷雾洒水装置进行优化改进[1-5]。

3.1 优化后的通风除尘系统结构组成

优化的综合通风除尘系统主要由自动泡沫抑尘装置和全断面捕尘装置两部分组成。

3.1.1 自动泡沫抑尘装置结构

1）自动泡沫抑尘装置主要由粉尘浓度传感器、泡沫生成器、PLC 控制器、电控液阀、旋转喷头、联锁开关、高压胶管等部分组成，如图1 所示。

图1 自动泡沫抑尘装置结构示意图

2）巷道每隔300 m 安装一套自动泡沫抑尘装置，粉尘浓度传感器安装在旋转喷头前方5.0 m 处，共计3 个，主要用于监测进风流中粉尘浓度，设定粉尘质量浓度报警值为50 mg/m3，传感器与PLC 控制器通过信号电缆连接。

3）PLC 控制器分别与联锁开关连接，联锁开关与电控液阀连接，电控液阀采用手动和电控两种控制模式，电控液阀与巷道内静压水、静压风管路以及泡沫生产器连接，主要控制风、水管路开启。

4）泡沫生成器通过分配器与旋转喷头连接，泡沫生成器内添加发泡材料，发泡材料主要由表面活性剂、增泡剂、稳泡剂和湿润剂等成分组成，发泡剂与水混合质量比为1∶300。

3.1.2 全断面捕尘装置结构

1）全断面捕尘装置宽度为4.5m、高度为3.5m，主要由高压洒水装置、旋转水幕、PLC 控制柜、过滤装置、联锁开关、水泵等部分组成，旋转水幕主要由捕尘帘、电控转轴等部分组成，如图2 所示。

图2 全断面捕尘装置结构示意图

2）高压洒水装置安装在旋转水幕顶端，旋转水幕通过电控转轴安装在巷帮上，旋转水幕上设置人行通道；在旋转水幕下方施工一个水槽，水槽长度为4.5 m、宽度为1.5 m、深度为0.3 m，在水槽上覆铺设一款带有漏孔的钢板。

3）联锁开关分别与水泵、PLC 控制柜、电控转轴连接，主要控制水泵即电控转轴开启，PLC 控制器主要用于数据传输、数据分析以及指令发生等。

4）水泵安装在水槽内，水泵电机功率为5 kW，水泵通过高压胶管与高压洒水装置连接；过滤装置安装在捕尘帘下方，主要由过滤海绵组成，可对降尘后煤泥进行有效过滤。

3.2 综合通风除尘系统工作原理

3.2.1 泡沫抑尘装置工作原理

1）工作面在回采过程中通过粉尘浓度传感器实时监测巷道进风风流中粉尘浓度，当监测到粉尘质量浓度达50 mg/m3时，传感器及时将收集的数据上传至PLC 控制器内，控制器进行数据分析及处理，并对联锁开关下达“开启”指令。

2）联锁开关接收指令后及时对电控液阀供电，供电后电控液阀自动打开并对泡沫生成器输入内压风以及供给静压水，泡沫生产器内泡沫生产材料在风流及水流作用下产生高浓度泡沫。高浓度泡沫经过分配器从旋转喷头喷出，进行降尘处理。

3）当降尘后风流中粉尘质量浓度低于50 mg/m3时，粉尘浓度传感器再次将收集数据上传至PLC 控制器内，控制器对数据分析处理后对联锁开关下达“关闭”指令，联锁开关对电控液阀断电，泡沫抑尘系统关闭。

3.2.2 全断面捕尘装置工作原理

1）正常状态下通过水泵将水槽内水排至高压洒水装置内，通过高压喷头形成水雾，水雾在捕尘网上形成连续稳定水帘，从而对风流中粉尘实施捕尘，降尘后水流经过滤装置后再次流入水槽内实现二次利用。

2）当顺槽内需要行车或搬运大型设备时，通过电控旋转装置打开旋转水幕，水幕打开后电控旋转装置断电，PLC 控制柜接收到电控旋转装置断电信号后及时通过联锁开关断开水泵电源，高压洒水装置停止喷雾洒水。

3）当旋转水幕关闭后电控转轴通电，PLC 控制柜接收通电信号后通过联锁开关对水泵供电，喷雾洒水装置继续工作。当人员需要通过时，可直接打开水幕上设置的人行通道。

3.3 优化后装置应用效果

对8503 运输顺槽降尘装置进行优化后，通过实际应用效果来看，取得了以下显著应用成效：

1）减少了装置安装数量：传统喷雾洒水装置每隔100 m 需安装一套，安装数量多，成本费用高，维护难度大；而优化后巷道内共计安装2 套全断面捕尘装置以及2 套泡沫抑尘装置，减少了巷道内喷雾装置数量。

2）提高了自动化水平：采用传统喷雾洒水装置每班需安排2～3 名工人进行人工开启，劳动作业强度大，工序烦琐，自动化水平低；而优化后的喷雾洒水装置自动化水平高，全程无须人工干预，大大降低了降尘劳动作业强度。

3）降尘效果好：传统喷雾装置中水雾颗粒受高速风流影响大，降尘效果差，而泡沫抑尘时泡沫颗粒大，可对风尘颗粒实现包裹降尘，在包裹过程中对粉尘颗粒起到润湿作用；同时全断面捕尘装置利用连续稳定的水幕对粉尘起到阻断作用，降尘效果好，通过实测发现，优化后工作面在后期回采过程中平均粉尘质量浓度降低至45 mg/m3以下，能见度提高至100 m 以上。

4）减少了巷道积水量：采用泡沫抑尘时泡沫颗粒能够被降解，而采用全断面捕尘装置后降尘后的污水能够被重复利用。与传统喷雾洒水装置相比，大大减少了巷道内喷雾污水量，提高了采掘巷道质量标准化水平。

4 结语

通过对8503 工作面运输顺槽除尘装置进行优化改进，采用一套具有自动化控制的通风除尘系统。通过3 个月实际应用效果来看，优化的通风除尘系统具有自动化水平高、除尘效果好、设备安装数量少以及降尘劳动作业强度小等优点，大大提高了采掘巷道降尘效果，可满足采掘工作面高效施工需求，取得显著应用成效。