巖巷綜掘工作面除塵系統

劉 利

（徐州礦務集團 旗山煤礦，江蘇 徐州 221132）

目前國內巖巷綜掘工作面的除塵系統尚不完備，除塵效果遠遠沒有達到《煤礦安全規程》規定要求，綜掘機的內噴效果達不到規定要求，一般只是停留在增加外噴霧及綜合防塵的措施上。因此，降低煤礦巖巷掘進期間的巖塵濃度，開展煤礦除塵技術的研究，對遏制礦塵危害，保障礦井安全生產具有十分重要的意義。

1 綜掘機主要技術特征

巷道掘進選用英國生產的多科LH1500掘進機，該機主要用于煤巖硬度f≤12的巖石及軟巖的巷道掘進。截割范圍：最大高度5.0m；最大寬度7.26m；經濟截割斷面可達33m2；可截割巖石的最大單向抗壓強度80 MPa，生產能力：F13-8m3／h，爬坡能力±18°，重量約80t，總功率為450kW，截割頭轉速為33r／min，供電電壓為1140V。

2 旗山煤礦綜掘工作面概況

旗山煤礦-850m 東二軌道大巷巖巷綜掘工作面，全長652m，巷道設計規格（凈）為寬4.4m，高3.4 m，坡度3‰；巷道設計為半圓拱形，迎頭采用全硬巖綜掘成套設備進行破巖、運矸、裝矸；巷道截割達到設計要求后，按錨、梁、網+錨索進行支護（注：迎頭頂板巖性較差時，按初噴、錨、梁、網+錨索進行支護）。前期約40m 巷道采取炮掘，達到安裝掘進機條件后，采用綜掘。

采用巖巷掘進機破巖，使用SDJ-150型膠帶輸送機1部、SB隔爆梭車、5t蓄電池式電瓶車和1t礦車若干相互配合進行排矸。掘進工程中，采取臺階式向前推進，每循環進尺2.1m，下臺階高度0.9m，長度保持3～5m，掘進機從巷道工作面下臺階開始破巖裝矸，直至全斷面按巷道輪廓線全部截割成型后，按照找掉、敲幫問頂，安裝臨時支護，使用3根撅頂道和3棵液壓式金屬安全點柱作為臨時支護，撅頂道和安全點柱相互配合使用，然后進行拱部支護，打注錨桿時由正頂向兩幫進行，幫錨支護可滯后迎頭5 m 施工，但空幫高度距巷道底板不得大于1.5m；掘進過程中迎頭巖性較好時，巷道不初噴。巖性較差時，采取初噴，并另行補充施工措施。

3 巖巷綜掘工作面除塵系統

充分利用風流流動原理從技術上采取各種措施、手段，控制風流流向，達到除塵目的。

通過安設附壁風筒與壓入式風筒配合使用，在掘進機司機前方炮頭附近的進風口處建立起超濃度粉塵空氣幕，控制懸浮粉塵向巷道后方擴散，使含塵氣流只能沿布置在司機前方的除塵風筒進風口吸入除塵器，經過高效率的除塵裝置吸附、水洗，保證除塵效果。

系統原理見圖1，使用2臺高效除塵風機（一用一備），除塵風機安裝在距離迎頭不超過60m 的巷道內，并連接抽出式彈簧風筒，抽出式彈簧風筒安裝在風機壓入式風筒的另一側，抽出式彈簧風筒吸風口距離迎頭2～5m，同時在壓入式風筒上安裝附壁風筒，附壁風筒相對于除塵風機為迎頭方向，距離除塵風機10～15m 的范圍內，掘進工作面掘進施工時，打開附壁風筒，開啟除塵風機，壓入式風筒風流從附壁風筒流出，經過掘進施工地點，將掘進工作面迎頭產生的粉塵經過抽出式彈簧風筒帶入除塵風機，經除塵風機過濾后，排入回風道內。施工人員處于新鮮風流之中，保障了職工最大限度的少吸入粉塵。為確保除塵風機除塵效果，要求每天對除塵風機過濾網進行清洗。

系統構成：增加了2臺除塵風機（一用一備），一趟與除塵風機配套的彈簧風筒，與壓入式風筒配套的附壁風筒。

圖1 系統原理

4 方案實施

1）-850m 東二軌道大巷掘進，采用壓入式通風，風機功率30×2kW，風筒直徑800 mm，迎頭風量為340 m3／min，掘進機未進行切割作業時，系統見圖2。

圖2 掘進機未進行切割作業時系統

2）當掘進迎頭進行切割作業時，打開附壁風筒風門，開啟除塵風機，除塵風機工作時，連接除塵風機的彈簧風筒將迎頭的含塵空氣吸入彈簧風筒內，在迎頭產生負壓區，從附壁風筒出來的清潔空氣，在迎頭負壓的作用下一部分從附壁風筒出風口往迎頭方向流動，經彈簧風筒，進入除塵風機，經除塵后排入回風流，使得掘進迎頭施工人員始終處于新鮮空氣之中，粉塵得到有效的控制；多余的風量從附壁風筒出風口出來后，往回風流方向流動，解決了附壁風筒至除塵風機之間巷道用風的問題，系統參見圖1。

經現場測量，-850m 東二軌道大巷在此期間，各檢測點全塵、呼吸性粉塵濃度如表1所示。

表1 各檢測點全塵、呼吸性粉塵濃度（mg／m3）

5 存在問題與改進措施

方案經實施后存在以下問題：

（1）彈簧風筒安設在掘進機二運上，掘進機運動時容易出現彈簧風筒破口、脫節、連接困難等問題。

（2）當掘進機切割速度快時，除塵風機不能有效吸收施工迎頭含塵空氣，含塵空氣向外擴散，除塵效果低，施工環境差。

（3）防塵水水質差，經常出現堵塞掘進機噴嘴情況，使掘進機噴霧霧化效果差，降低了除塵效率。

（4）雖然粉塵得到了有效的控制，但回風流粉塵濃度仍然超過了《煤礦安全規程》規定的允許濃度。

（5）除塵風機出水口位于二運皮帶上方，水直接流到了二運皮帶上，影響施工。

針對上述存在問題，采取了一些措施進行處理。

1）掘進迎頭粉塵濃度控制

經現場觀察、測量，當掘進迎頭切割量大時，粉塵得不到有效的稀釋，為此采取了以下措施：

（1）安裝了一道高效噴霧裝置，噴霧針對截割頭進行噴灑，從源頭上降低粉塵濃度，確保除塵效果。

（2）粉塵濃度監控系統：在高效噴霧裝置后安裝粉塵濃度監測監控裝置（F1），并通過煤礦安全監控系統實時監測作業場所粉塵濃度，且具備粉塵濃度超標自動斷電功能，當通過高效噴霧后的粉塵濃度超過10.0mg／m3時，立即切斷掘進機電源。

2）回風流粉塵濃度控制

經現場測量，回風流的粉塵濃度為全塵：28.6mg／m3，呼塵12.0mg／m3，超過了《煤礦安全規程》標準，為此采取了以下措施：

（1）安裝高效降塵水幕：在綜掘工作面迎頭后方40～100m 范圍內安裝了4道高效降塵水幕；水幕封閉巷道全斷面，四周接觸嚴密，在高效降塵水幕前方安裝高效凈化噴霧，霧化效果好，含塵空氣通過降塵水幕時，粉塵能夠得到有效的沉降；降塵水幕下方連接水溝，廢水能得到及時排除，保證了掘進工作面的文明生產。

隔塵水幕當人員及車輛通過時拉開紗門，人員及車輛不通過時關閉紗門，隔塵水幕見圖4。

圖4 隔塵水幕示意

（2）粉塵濃度監控系統：為有效監測回風流粉塵濃度，達到降低粉塵濃度的目的，在隔塵水幕后安裝粉塵濃度監測監控裝置（F2），并通過煤礦安全監控系統實時監測作業場所粉塵濃度，且具備粉塵濃度超標自動斷電功能，當通過隔塵水幕后的粉塵濃度超過2.0mg／m3時，立即切斷掘進機電源。

3）隔離措施

為確保高效降塵水幕前方人員健康，為高效降塵水幕前方施工人員配置正壓防塵面罩，正壓防塵呼吸面罩采用油水過濾、活性炭吸附過濾、精細過濾等三級過濾裝置。

6 應用效果

在使用了綜合防塵系統后，各檢測點全塵、呼吸性粉塵濃度如表2所示。

表2 各監測點粉塵濃度

從表2可以看出，綜掘工作面司機處、回風流粉塵濃度都有了明顯的降低，達到了《煤礦安全規程》要求。

7 結語

巖巷綜掘工作面除塵系統通過安設附壁風筒在綜掘機司機前方的進風口處建立起空氣屏幕，控制懸浮粉塵向巷道后方擴散，使含塵氣流只能沿布置在司機前方的進風口吸入除塵器，保證空氣粉塵含量低于國家標準，確保了綜掘工作面的除塵效果，滿足了《煤礦安全規程》對粉塵允許濃度的要求；施工人員始終處于新鮮風流中，改善了工作面作業環境，能見度高，減少了工傷發生率，降低了職業病發病率，社會效益顯著。安裝較為方便，操作簡單、快捷，系統安全、可靠、穩定性較好，具有較好的推廣應用價值。