掘進工作面泡沫降塵技術研究

鄧云武

（西山煤電（集團）公司官地礦，山西 太原 030022）

·試驗研究·

掘進工作面泡沫降塵技術研究

鄧云武

（西山煤電（集團）公司官地礦，山西 太原 030022）

隨著綜掘、綜采技術的應用，粉塵濃度急劇增加，嚴重影響了工人的身體健康和煤礦安全生產。本文通過對泡沫降塵機理、粉塵產生機理及粉塵的運移規律等的分析。研究適合于現場應用的泡沫降塵系統，使泡沫與粉塵有效地接觸，從而有效地捕捉粉塵，達到高效降塵、消除安全隱患，降低井下掘進工作面的粉塵濃度，保障工人身體健康的目的。

掘進工作面；泡沫降塵；研究

1 中六采區22608副巷掘進工作面情況分析

西山煤電集團公司官地礦22608副巷屬中六采區2#煤層，煤層瓦斯絕對涌出量0．60 m3/min，煤層煤塵爆炸指數16．69%；煤層自燃傾向為不易自燃。22608工作面的副巷用于22608工作面的材料運輸，設計長度1 675 m，預計使用2年。

該掘面采用上海創力公司EBZ132掘進機割、裝、運，巷道高度不低于3 m，巷道高度大于3．5 m時，采用跟頂留底煤的掘進施工方法。該掘進機截割范圍（寬×高）5．1 m×4 m，外形尺寸（長×寬×高）9．1 m×2．8 m×1．48 m。巷道斷面為矩形。

中六采區22608副巷綜掘工作面采用壓入式局部通風，風筒直徑1 m，選用DBKJ№6/2×30 kW對旋式風機供風。進風路線：風峪溝進風井→正前大巷→中六區八斜坡→中六區軌道巷→中六區2#煤配巷→局部通風機→22608工作面副巷及底抽巷；回風路線：工作面→22608工作面南七→中六區回風巷→風峪溝回風井→地面。壓風系統：九院壓風機房→副平峒→正前大巷→八斜坡→中六區軌道巷→南六巷道→22608聯絡巷→中六區2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷。

2 22608副巷掘進工作面防塵措施及現狀

掘進工作面的產塵工序主要有機械破煤、裝煤、碎煤運輸轉載等。一般而言，掘進工作面各工序所產生的粉塵含量較高，對人體危害較大；因而此處的作業人員很有必要進行個體防護，以做為其他防塵措施的補充。統計資料也表明，掘進工人的塵肺病發病率比采煤工人高，這也是由于掘進工人接觸的礦塵具有較高的游離SiO2含量所致。中六采區22608副巷綜掘工作面目前采取的防塵措施有：

1）根據施工隊進度，及時安裝供水管路，水壓保持正常，供水的水管距迎頭距離不大于20 m。該面防塵供水路線為：風峪溝水塔→正前大巷→八斜坡→中六區軌道巷→南六巷道→22608聯絡巷道→中六區2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷。

2）工作面30～50 m設凈化水幕一道，運煤時打開水幕，以凈化風流（空氣）。

3）中六區22608工作面副巷及底抽巷斷面13．8 m2，按巷道斷面每平米不小于200 L加注，距工作面60～200 m設第一組隔爆水袋，注水量為2 760 L，水袋容量為20 L，需要138個水袋，每排4個，需35排，排距為1．2～3．0 m，間距0．02～0．04 m，隔爆窗口朝

向工作面，巷道每隔200 m設置一組隔爆水袋。

4）綜掘機安裝內外噴霧，確保使用正常、效果好。各轉載點噴霧設施必須齊全，開機開水，停機停水。

5）中六區2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷每隔50 m設灑水三通一個，定期沖洗巷幫，灑水滅塵，嚴格控制煤塵飛揚。巷道內安設的灑水管路及防塵設施要經常檢查，管路要吊掛平直，捆扎牢固，接頭嚴密不漏水，杜絕發生滴、跑、漏水等現象。

6）掘進機割煤時必須正常使用內外噴霧，內噴霧壓力不小于3 MPa，外噴霧壓力不小于1．5 MPa。掘進機必須使用除塵風機。

7）巷道內的風筒和設備要經常清掃積塵，保持衛生，嚴禁積塵厚度超過2 mm，長度超過5 m。

8）施工人員要做好個體防護，佩戴防塵口罩。

該工作面目前降塵以利用通風除塵、掘進機噴霧除塵和除塵風機除塵為主，但效果不好。

通風除塵主要是利用掘進工作面的局部通風風流將工作面作業地點的懸浮粉塵攜帶走，進而降低掘進工作面的粉塵濃度。目前，22608副巷掘進工作面主要采用壓入式通風方式，經直徑為1 m的風筒提供新鮮風流。通常來講，通風除塵工作能有效地稀釋并排出粉塵，但該礦22608副巷掘進工作面粉塵濃度基數大，通風措施并不能將粉塵降低到理想效果。特別是由于瓦斯防治的需要，該掘進工作面沒有采用利于粉塵排放的抽出式通風，而采用壓入式通風。該通風方式下污風沿巷道緩慢排出，掘進巷道越長，排污風速越慢，受污染時間越久。這種問題在中六采區22608副巷掘進中尤為突出。此外，井下掘進工作面對于通風的風速有嚴格地限制，這是因為風速過小無法滿足工作面的需氧量，也無法把懸浮在空氣中的粉塵排出；而風速過大將會導致落入地面的粉塵被再次揚起，增加粉塵的濃度。一般掘進工作面的最低風速以大于0．25～0．63 m/s為宜。通風除塵的不足之處使得煤礦井下的除塵不能完全依靠通風來完成，需要其它方法和措施來除去粉塵。這也就決定了通風在煤礦井下的主要作用是為工作面供氧，除塵僅僅是通風的附帶作用。

EBZ132H型掘進機自帶有自動內外噴霧系統，在實際工作中，噴霧降塵效果不佳，噴頭口徑太小，降塵用水又含有不同的雜質，容易堵塞噴頭；加上掘進機滾筒在工作時，產生高濃度粉塵，容易覆蓋在機頭噴頭上形成沉積，造成噴頭堵塞。基于以上原因，22608副巷綜掘工作面的掘進機噴霧效果并不能達到理想要求，急需采取其他有效的降塵措施。

除塵風機能耗大，一次性投資大，設備自身結構復雜，體積大、較笨重、處理風量有限，而且風險高，效率低。

綜上所述，官地礦中六采區22608副巷掘進工作面仍需采取更加符合該面實際情況的降塵措施。

3 技術研究分析

從官地礦中六采區22608副巷掘進工作面的實際出發，分析了粉塵產生機理，應用CFD技術分析了粉塵的運移規律。通過對泡沫降塵機理的分析，研究適合于現場應用的泡沫降塵系統，確定符合現場實際要求的應用工藝和參數，并在現場應用。具體包括以下內容：

1）研究官地礦綜掘工作面粉塵產生與分布規律：數值模擬22608副巷綜掘工作面粉塵沿程分布及運移規律，為優化、改進泡沫降塵技術工藝，進一步提升泡沫降塵裝備系統性能和降塵效率提供依據。

2）泡沫降塵工藝研究：根據官地礦綜掘面的實際情況，及目前使用的掘進機型號尺寸，結合已有泡沫降塵裝置，設計構建適合于該礦掘進機使用的泡沫噴頭及支架，達到多個泡沫噴頭協同作業，提高除塵效果，并在實驗室完成裝置相關技術參數的測定及泡沫降塵應用工藝的設計。

3）工業性試驗：研究確定泡沫降塵裝置在22608副巷掘進工作面最佳安裝位置和連接方式。開展井下工業性降塵試驗，分析應用效果，進一步優化降塵工藝。

4 泡沫降塵系統的現場布置

官地煤礦中六采區22608副巷掘進工作面掘進采用的是EBZ132型掘進機，切割方式為縱軸式。在實驗的前期準備設備是：發泡一體化裝置、泡沫分配器、噴頭和堵頭。官地礦制作的部件還有：噴頭支架、發泡一體化裝置的安裝機構。

泡沫降塵系統的布置情況見圖1。

降塵所用水流為原降塵用水的一部分，氣源為壓風的一部分。風水一體閥門的兩個接口分別與水管和風管連接，發泡劑添加裝置和發泡劑箱相連，依靠水管中水流的動力把發泡劑添加至水管中，風水一體

閥門出口端的壓風管接到發泡器上，連接管路都用直徑為19 mm的高壓膠管，發泡器、發泡劑添加裝置和發泡劑箱連成一體，固定在掘進機臺面上，生成的泡沫采用直徑為50 mm的膠管輸送至泡沫分配器的入口，裝有泡沫噴頭的噴頭支架由膠管和分配器的出口端連接，最后由噴頭噴灑至產塵點，抑制粉塵的擴散。裝置布置在司機側，系統各管路及其之間的連接尺寸見表1。

圖1 系統的安裝與布置示意圖

表1 泡沫降塵系統管路系統配件表

由于掘進工作面的產塵點主要在掘進機的截割處，所以，泡沫噴頭的布置重點是掘進機截割頭的上部和兩翼，因此，在上部和兩翼共布置了5個噴頭。噴頭所噴出泡沫的擴散形式分別為：上部噴頭呈水平扇形分布噴出，左右兩翼的4個噴頭呈傾斜扇形噴出，噴頭擴散角度均為45°。最后把水管和風管連接到發泡器上，把發泡器和泡沫噴頭接通。

實施泡沫降塵有兩個必要的條件，一是水的流量和壓力，流量為1 m3/h，壓力為0．2～0．7 MPa。二是壓風管路壓力和流量，壓力為0．2～0．7 MPa，流量為40～80 m3/h。

泡沫降塵系統的實施步驟：

1）設備檢查。為保證泡沫降塵系統順利穩定運行。有必要對設備進行檢查，首先是供水和壓風管路的壓力和流量是否在泡沫降塵系統的要求范圍之內；其次是發泡劑添加裝置、發泡器和泡沫分配器是否存在漏水漏氣及封堵等非正常狀態；最后是噴頭支架是否固定在適當位置，噴頭的安裝數量及安裝位置能否滿足需求。

2）系統運行。掘進機開始截割前應開啟風水一體閥門，提前依次使用壓風和清水沖洗管路。掘進機開始截割時，打開發泡劑添加裝置的閥門，發泡劑被添加到供水管路中，并和水一起被輸送到發泡器，制備出泡沫。泡沫進入分配器，再經噴頭噴灑至產塵點。

3）系統的調整。在泡沫降塵系統正常運轉時，應根據產生泡沫的發泡情況，調節發泡劑添加裝置上的閥門，使發出的泡沫達到最佳黏度和機械彈性強度。一般情況下，需把發泡劑的添加比例調節至0．9%。除此之外，應根據泡沫對掘進機切割滾筒的覆蓋情況，調整噴頭的位置和角度，直至泡沫將整個滾筒完全覆蓋為止。

5 應用效果分析

泡沫降塵系統在該礦中六采區22608副巷掘進工作面安裝后，進行了一系列觀測試驗。主要在司機處布置了粉塵濃度測點，分別測出了無措施時全塵及呼吸性粉塵濃度、外噴霧降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度、泡沫降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度各6組數據，最終取各種情況下有效數據各3組進行對比分析，見表2。

通過對比分析可知，外噴霧降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度可分別達到351．7 mg/m3和152．2 mg/m3，降塵效率分別為55．4%和57．6%。而泡沫降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度分別為180．7 mg/m3和83 mg/m3，降塵效率分別為77．1%和76．9%。從所測得數據來看，泡沫降塵與噴霧降塵相比，對全塵和呼吸性粉塵的降塵效果明顯。

6 結 論

根據官地煤礦中六采區22608副巷掘進工作面的實際，對其產塵規律進行了系統研究，并通過實驗室研究確定了符合現場實際的泡沫降塵系統，最后在工作面現場構建了泡沫降塵系統并進行了工業性試驗，得出以下幾點結論：

1）CFD數值模擬研究表明，粉塵在中六采區22608副巷掘進工作面截割處產生后，順風流方向流動，并橫向擴散，距離掘進工作面越遠，粉塵的濃度越小，斷面橫向分布越均勻，達到一定距離后趨于穩定；粉塵濃度在掘進頭回風側達到最大。

表2 降塵效率的比較表

2）通過對泡沫降塵技術機理的分析可以發現，泡沫降塵技術發揮作用的關鍵之一是能否使泡沫與粉塵有效地接觸，從而有效地捕捉粉塵。

3）根據掘進工作面粉塵的產生與運移規律，構建了中六采區22608副巷高效泡沫降塵系統。經過泡沫降塵效率和噴霧降塵進行對比，在司機側泡沫降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度分別為180．7 mg/m3和83 mg/m3，降塵效率分別為77．1%和76．9%。有效地降低了井下掘進工作面的粉塵濃度，保障了礦工的身體健康和礦井的安全生產。

Research on Foam Dust Fall Technology in Tunneling Face

Deng Yun-wu

With the application of fully mechanized digging and mining technology，dust concentration increased sharply，seriously affects the health of workers and the safety production in coal mine．Through the analysis on the mechanism of foam dust fall，dust generation mechanism，dust migration law and etc．，the foam dust fall system to suitable for field application is studied．Makes the foam and dust effectively contacts，thereby effectively catches dust，achieves the purpose of efficient dust removal，eliminating safe hidden trouble，reducing the dust concentration in tunneling face of underground and guaranteeing the health of workers．

Tunneling face；Foam dust fall technology；Research

TD714+．4

B

1672-0652（2013）07-0038-04

2013-04-11

鄧云武（1964—），男，山西平遙人，1984年畢業于大同煤校，工程師，主要從事煤礦安全生產管理工作（E-mail）xxzxhubo＠163．com