自动喷雾降尘装置在巷道掘进中应用

韩 路

（山西高河能源有限公司，山西 长治 046600）

目前煤矿井下掘进巷道广泛使用降尘或捕尘装置来消除巷道内的粉尘，常用的降尘或捕尘装置有手动门式及气动门式，人员或车辆通过降尘或捕尘装置时均需要手动打开或关停喷雾装置及门帘，不仅操作不便，而且还存在人员或车辆过风门时需要安排专职人员打开或关停喷雾装置以致造成人力的浪费问题。人员在通过喷雾装置的巷道时容易被喷雾水淋湿工作服，危害人员的身体健康。本文以高河煤矿W4302 高抽巷为例，针对巷道掘进前期传统喷雾降尘装置主要存在的问题，设计了一套自动喷雾装置[1-5]，并进行实际应用。

1 概述

山西高河能源有限公司W4302 高抽巷西邻矿界，东接+450 m 水平北翼回风西大巷，北侧为W4302 回风顺槽，南侧为W4302 胶带顺槽。

W4302 高抽巷设计长度为1450 m，巷道为矩形断面，断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘进煤层为3#煤层，平均厚度为6.08 m，平均倾角为4°。高抽巷由泥质粉砂岩、细粒砂岩组成。巷道直接顶为粉砂岩，厚度2.95 m，浅灰色，中厚层状，斜裂隙发育，不规则裂隙次之，泥质充填，具擦痕，断口棱角状；老顶为粉砂岩，厚度6 m，深灰色，中厚层状，透镜状层理为主，平行层理次之，含少许植物化石碎片。

W4302 高抽巷掘进期间初步采用喷雾降尘装置，巷道每隔200 m 安装一道降尘装置，该装置主要由高压胶管、高压喷头等部分组成。掘进巷道时打开阀门，静压水通过高压喷头进行雾化作用，从而进行降尘。

由于传统喷雾降尘装置自动化水平低，若在降尘过程中降尘装置无法在人员、机电设备通过时自动启停，导致施工人员工作服以及设备被淋湿现象。同时，采掘巷道内风量大、风速快，雾化后的水雾颗粒在风流作用下聚集性差，降尘效果差，制约着井下安全生产。

2 自动喷雾降尘装置设计应用

为了进一步提高掘进巷道防尘自动化水平，弥补传统喷雾降尘装置存在的不足，高河矿对W4302高抽巷原防尘装置进行优化，安装了一套自动喷雾降尘装置。

2.1 装置结构组成

（1）自动喷雾降尘装置主要由供水管、供水球形阀、供水支管、喷雾头、转动门帘、活动转轴、球形阀开关、压风管、供风球形阀、气控箱、防尘纱网、气控千斤顶、供风支管、导向滑轮、钢丝绳等部分组成，如图1。

图1 自动喷雾降尘系统结构示意图

（2）气控箱安装在巷道帮部，通过供风支管分别与巷道内压风管以及气控千斤顶连接，气控箱与压风管连接的支管上安装一个供风球形阀，通过该球形阀可控制风流、风量；气控箱通过静压风实现对气控千斤顶进行伸缩控制，供风风压为0.8 MPa。气控箱共计两个，分别安装在防尘纱网两侧，两个气控箱串联对气动千斤顶进行控制。

（3）在顶板处安装一个气动千斤顶，千斤顶通过气控箱供风实现伸缩动作，千斤顶最大伸缩行程为1.5 m。在气控千斤顶前方1.0 m 处顶板上安装一个导向定滑轮。

（4）在气控箱前方3.0 m 处安装一道全断面防尘网，全断面防尘纱网采用14#铅丝编制而成，网格规格为长×宽=20 mm×20 mm。在防尘纱网中部安装一个转动门帘，如图2，转动门帘规格为长×宽=2.0 m×1.5 m，转动门帘采用直径为8 mm 钢丝绳通过导线滑轮与千斤顶连接。

图2 全断面防尘纱网结构示意图

（5）转动门帘上部的转动轴与球形阀开关连接，球形阀开关分别通过供水支管与高压喷雾头以及供水管路连接。在供水支管与供水管路之间安装一个供水球形阀，便于人工关停供水。

（6）为了保证降尘效果，确保喷雾降尘期间能够在防尘纱网上形成连续稳定的水幕，喷雾头安装在回风流中上侧，距防尘纱网距离0.5～1.0 m 范围内。根据巷道内风量及风速适当调整距离。

2.2 装置工作原理

（1）在正常状态下分别打开供风、供水球形阀，气控箱、气控千斤顶处于工作状态，同时高压喷雾头进行喷雾，喷雾后的水雾颗粒在防尘纱网上形成连续稳定的水幕，从而对巷道内粉尘进行捕捉。

（2）当作业人员需通过防尘纱网时，按动气控箱“关闭”按钮，气控箱停止对气控千斤顶供风，千斤顶停风活塞杆自动缩回，从而通过钢丝绳带动转动门帘向上翻转。当活塞杆伸缩到最大行程时转动门帘停止翻转，转动门帘最大翻转角度为80°。

（3）旋转门帘在翻转过程中带动球形阀开关转动，从而切断喷雾头供水水源，实现人员通过时自动停止喷雾降尘。当人员通过防尘纱网后按动另一侧气控箱“开启”按钮，此时气控箱开始对气动千斤顶供风，千斤顶伸缩杆在风压作用下伸出，从而逐渐放下旋转门帘。

（4）旋转门帘在放下过程中通过活动转轴控制作用打开球形阀开关，喷雾头接头水源继续喷雾。

3 装置结构优缺点及实际应用效果

3.1 装置优缺点

（1）结构简单。自动喷雾降尘装置整体结构相对简单，整套装置生产成本为0.21 万元，成本费用低，装置便于操作维护，故障率低。该装置可适用于不同断面的采掘巷道内以及隧道、桥梁等领域中，实用性强，应用范围广。

（2）装置自动化水平高。与传统喷雾洒水装置相比，该装置主要利用静压风对气动千斤顶进行控制，从而实现人员通过通道时能够自动停止喷雾，解决了传统喷雾装置在降尘时，人员或设备通过通道时淋湿等技术难题，降低了喷雾除尘劳动作业强度。

（3）降尘效果好。传统喷雾装置降尘时受巷道内风量及风速影响大，雾化的水雾颗粒在风流作用下分散性大，无法实现全断面降尘目的。自动喷雾降尘装置在工作时可形成连续稳定的捕尘水幕，从而阻断粉尘扩散，具有很好的降尘效果。

（4）减少装置安装数量。由于传统喷雾洒水装置降尘效果差，巷道每隔100 m 安装一套，以W4302高抽巷为例，巷道内共需安装14套除尘装置，装置安装数量多、劳动作业强度大，而且在喷雾过程中造成静压水损失量大。自动喷雾降尘装置每隔300 m 安装一套即可，减少了装置安装数量，降低了装置成本费用。

（5）该装置在实际应用中还存在一些不足，需进一步优化改进，主要体现在以下几方面：① 受采掘工作面影响，当矿井内静压风用量大时，出现水压不足，装置中气动千斤顶工作时出现伸缩杆拉伸不到位现象；② 由于巷道内人员流动性大，装置中转动门帘频繁开启时球形阀开关出现失效，需定期进行更换；③ 防尘纱网采用铅丝编制而成，虽然具有一定钢性，但是长时间在水流作用下腐蚀严重，需定期进行更换。

3.2 实际应用效果分析

2021 年5 月13 日W4302 高抽巷已掘进470 m，5月14日开始对巷道内喷雾降尘装置进行优化改进，截至2021 年12 月7 日巷道已掘进到位。巷道在后期掘进中共计安装了3 套自动喷雾降尘装置，通过7 个月实际应用效果对比分析发现：与原降尘装置相比，减少了装置安装数量，设备成本费用减少了2.3万元；掘进前期每班需安排1～2 名专职人员进行喷雾降尘，劳动作业强度大，而采用该装置后无需人工开启，全天候无人值守；通过实测，原装置降尘后巷道内粉尘浓度仍高达45.7 mg/m3，掘进期间能见度不足20 m，而采用该装置后巷道内粉尘浓度降低至4.8 mg/m3范围内，提高巷道降尘效果。

4 结语

采掘工作面降尘效果直接影响着施工人员身心健康，提高降尘效果对煤矿安全稳定生产具有重要意义。高河煤矿针对W4302 高抽巷在前期掘进过程中防尘措施主要存在的问题进行优化改造，通过实际应用效果来看，优化改造后的防尘装置能够满足机械化掘进巷道防尘要求，提高了巷道防尘效果。