[发明专利]一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备

说明书

技术领域

本发明涉及一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，属于煤矿安全与防尘技术领域。

背景技术

目前，随着机械化水平的不断提高，煤矿井下粉尘的产生量越来越大，尤其在掘进工作面，掘进机在切割煤体或半煤岩时，由于煤体散落和截齿对煤体的挤压及抛出，将会产生大量粉尘，同时粉尘在工作面压入式风流的影响下，将迅速扩散至工作面迎头，严重污染整个作业场所。研究表明，当掘进机割煤时，掘进端面粉尘质量浓度范围可达1000~4000mg/m³。粉尘作为煤矿五大灾害之一，在我国历史上曾发生多起煤尘爆炸事故，可造成重大人员伤亡及财产损失。同时，空气中大量粉尘的存在不仅污染作业环境，降低生产场所的能见度，加速电气设备的损坏，而且严重危害矿井作业工人的身心健康，轻者可引起呼吸道炎症、慢性中毒和皮肤病，重者可导致难以治愈的尘肺病。因此, 为保证井下作业人员的身体健康，落实安全生产，必须寻求有效解决掘进工作面粉尘污染问题的技术途径。

当前在国内各大中型煤矿中，掘进工作面采取的防尘措施主要以湿式除尘为主，包括煤层注水、巷道水幕净化、装岩洒水、掘进机喷雾洒水等。然而，现有的防尘和管理措施存在很大的局限性，效果并不理想。其中，煤层注水对于吸水性差的煤质降尘效果很差，注入煤层的压力水很难沿着煤层的节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中的微孔中去，从而达不到预先润湿煤体目的；巷道净化水幕不能从源头上减小粉尘的危害；而装岩洒水以及掘进机喷雾，虽在一定程度上对煤尘能够起到一定的抑制作用，但随着掘进机的前进，巷道空间中仍然布满大量微细粉尘，其总体降尘效果并不理想，很难显著降低掘进过程中的粉尘浓度。

近年来，国内外也研究并开发了与掘进机配套使用的多种除尘技术及设备，如荷电水雾除尘器、干式袋式除尘器、湿式旋流除尘器、自激式水浴水膜除尘器、高压外喷雾除尘系统、长压短抽通风除尘系统等，当前这些技术及设备都具有各自的优势特点，在我国煤矿掘进工作面的降尘应用中也均取得了一定成效。例如，荷电水雾除尘器是先用雾化器将水雾化，使其充满除尘器本体，然后通过电晕放电使水雾荷电，含尘空气进入荷电水雾区，处于水雾粒子的包围之中，尘粒只要接触水雾粒子的球形电场即被吸附并沉降到输送皮带上使物料表面湿润，此方法对微细颗粒具有一定的捕集能力；自激式水浴水膜除尘器充分地利用流体力学原理，结合巧妙的机械结构设计，通过节流引导高速气流冲击液面，可产生具有运动轨迹的水幕，水幕可以把含尘气流中的粉尘颗粒捕获，被捕获的粉尘颗粒由于重力增加而沉降，从而得到降尘目的。当前这些除尘技术主要利用风流、水与粉尘的相互作用去寻求实现降尘的目的，然而并不能在粉尘生成的第一时间抑制煤尘颗粒的扩散运动，并迅速将其与运动较快的通风风流分开，尤其对于不易被捕集且大量存在的呼吸性粉尘（其空气动力学直径均在7.07微米以下）以及粒度更小的微细颗粒粉尘，总体上其降尘效率更低，进而掘进工作面的粉尘浓度仍居高不下,严重威胁作业人员的身体健康。

此外，现有市场上的大部分除尘设备还具有自身结构复杂，体积较大且笨重，不易安装，处理风量有限，一次性投资较大，对于瓦斯涌出量较大的工作面，安全风险较高等缺点。因此，如何在揭示掘进工作面粉尘运动扩散规律的基础上，充分发挥湿式除尘、通风除尘以及物理化学方法除尘等技术优势，特别是结合我国煤矿的具体特点，设计一种除尘效率较高，且结构简单，易于安装维护，成本低廉，安全性能高的除尘设备，就成为本发明要解决的关键问题。

发明内容

防止掘进工作面通风风流中的粉尘扩散，并集中针对呼吸性粉尘以及粒度更小的微细粉尘颗粒进行沉降处理是解决工作面粉尘污染问题的技术关键。鉴于上述现有技术领域中的实际情况，本发明旨在提供一种全新的、通用性强、安全性高、可覆盖整个掘进工作面，并对掘进工作面粉尘进行高效率过滤的设备。