田莊煤礦掘進工作面的煤塵防治綜合防治技術

劉文杰 張政 劉明

（1山東科技大學礦業與安全工程學院 山東青島 2665902山東煤礦安全監察局 山東濟南 2500313山東省煤炭技術服務有限公司 山東濟南 250032）

1 田莊煤礦概況

田莊煤礦為立井開拓方式，兩水平開采，走向長壁式布置工作面，主采16上和17層煤；采煤方法為炮采、綜采，單體液壓支柱、綜采支架支護頂板，冒落法管理頂板。16上煤和17煤煤塵爆炸指數較高：-167m水平16上煤47.89%，17煤44.06%；-256m水平16上煤43.68%，17煤44.20%。

2 負壓二次降塵技術在綜掘機上的應用

利用負壓二次漿塵裝置可以將綜掘機在掘進過程中所出現塵量大現象進行改善，可以有效緩解工作環境，對下一步推廣薄煤層開拓掘進機械化奠定了基礎與保障。

2.1 對負壓二次降塵裝置進行布置

在布置的時候需要將負壓二次降塵裝置安放到掘進機的面板之上，并且將順槽之內的供水管作為主要的供水設備。其中噴嘴的水壓是應用井上與井下兩個環境下所形成的靜壓，壓強為4MPa～5MPa，且噴嘴的形狀為錐形，通常情況下以四個噴嘴為一組，在左右兩側各設置一組。

2.2 計算含塵氣流的除塵濾

在負壓二次降塵裝置中的塵粒與霧粒呈現反比關系，與液氣的速度、筒體的長度呈正比。經過相關技術測定，在負壓二次降塵裝置中所包含除塵率為100%。

2.3 距離所造成的影響

通過對負壓二次噴嘴性能參數的了解可以清楚得知：如果負壓二次噴嘴距離切割滾筒比較遠，那么負壓二次噴霧水流無法得到全面擴散與開展，這種情況下會導致負壓區域變的比較狹小，相對應的水流、粉塵以及氣流之間的混合效果不容樂觀。除此之外，在這種情況下，如果當水流在靠近煤壁的時候速度比較快，那么則會引發二次揚塵。根據筆者調查與研究，當距離保持在2m左右的時候除塵效果最明顯。

2.4 水壓所帶來的影響

當負壓二次降塵裝置的水壓越高，那么所形成的負壓區域會變大，相應的霧化效果也會比較明顯，在這種情況下，無論是除塵還是控塵效果都比較明顯。但是從另一個角度分析，如果霧粒的直徑變得越來越小，那么則極容易被風流所吹散，會形成氣霧現象，對掘進機司機的視力會產生影響。所以，在積極保證降塵效果的同時，還要對供水的壓力進行降低，以此用來保證掘進機司機在工作中視線清晰。根據調查研究，當水壓設置在5MPa的時候最佳。

根據對使用負壓二次降塵裝置之后的數據顯示，掘進機司機位置處的總粉塵降塵效率達81%，距迎頭20m處的總粉塵降塵效率84.3%，這兩個數據表明利用該裝置能夠改善粉塵濃度。

3 除塵器的研究與應用

工作面配備除塵器，在緊靠工作面的掘進機司機座位前方，需要配備吸氣罩，并且將掘進機運行過程之中所形成的高濃度粉塵引入到巷道的后方，利用除塵器進行凈化，并及時將已經凈化好的空氣排到巷道內。此外，在除塵器的內部安裝噴霧凈化以及過濾網，可以提高凈化效果，保證除塵效果達到90%以上。

假如所設置的除塵器吸塵口的距離與掘進機距離比較近，那么則會導致掘進機所產生的大量粉塵會被風流所帶走，并且會將比較粗的粉塵吸入到除塵器之中，導致除塵器換洗次數比較多。此外，如果所設置的除塵器吸塵口的距離與掘進機距離比較元，那么在整個工作過程中所形成的粉塵會經過司機之后才會被吸入到除塵器之中，這種情況會對司機的身體健康產生危害。經過測試與研究，將除塵器與掘進機的距離設置在3m左右最佳。

眾所周知，井上與井下的工作環境不同，井下工作條件具有一定的危險性與特殊性，所以要求除塵設備要具備方便性與便捷性。在保證除塵設備與掘進機共同前進的同時，也在一定程度上減少工作的勞動力度。筆者所在礦井主要采取的除塵器的安裝方式考慮到了生產作業條件，經過反復探索，將除塵器安置在皮帶上方，吸塵口安裝在綜掘機司機前方，它們之間用伸縮風筒連接，這樣在掘進機上方形成獨立的除塵系統，基本上不影響掘進工人工作。

在除塵器正常運行之前，需要利用軟管將除塵器水箱之中所存在的污水進行排放，并注入干凈的清水。等到除塵設備運行一段時間之后，需要再次進行污水處理，總體而言，這種操作比較簡單。另外，對于除塵設備、掘進機的供電線路要有風電閉鎖等裝置，如果局部風機出現問題無法進行操作的時候，除塵設備會在短時間內斷電，并即刻停止運作。等到風機正常運轉或者瓦斯濃度符合標準之后，除塵設備的開關才會正常啟動。

4 工作面吸氧裝置

4.1 綜掘工作面吸氧裝置

綜掘工作面吸氧裝置如圖1所示，由呼吸口罩、風管、空氣減壓過濾裝置、壓力表等組成。工作原理：綜掘工作面吸氧工作裝置原理利用壓風管路的新鮮空氣作為氧氣源，通過空氣減壓過濾裝置凈化空氣和減小空氣的壓力，然后通過導風管將新鮮空氣送入呼吸口罩，供綜掘機司機等固定崗位人員呼吸，呼出的二氧化碳等氣體可以通過呼吸口罩上的排氣管排出。

防護效果：采用吸氧裝置后，隔絕了外部環境中的煤塵，使工作人員大大地減少了對粉塵的吸入，從而減少塵肺病的發生率。

圖1 綜掘工作面吸氧裝置

4.2 炮掘工作面氧吧

炮掘工作面氧吧如圖2所示，由安全硐室、三通、風筒組成。

工作原理：將軟質風筒90°三通及供風開啟裝置安設在掘進工作面安全硐室內，掘進正常供風情況下，供風開啟裝置處在關閉狀態；當掘進迎頭爆破作業前，迎頭工作人員進入吸氧硐室，掀起供風開啟裝置反鎖扣，打開供風口向吸氧硐室內供風供氧。當爆破作業結束，炮煙排凈后，工作人員關閉供風開啟裝置并用反鎖扣上供風開啟板。

防護效果：采用氧吧后，防止了工作人員在爆破時處在炮煙和粉塵中，杜絕了炮煙和粉塵的吸入，減少了外部環境中的粉塵和炮煙的危害，降低了塵肺病的發病率。

圖2 炮掘工作面氧吧

5 水聯動放炮噴霧裝置

風水聯動噴霧裝置的結構見圖3，由供水管路及閥門、供風管路及閥門、噴頭、聯動控制閥、高壓管路等組成，構成供水和供風兩個聯合系統，通過風水閥門調節供水供風狀況，形成風水聯動調節噴霧裝置。

工作原理：利用縫的壓力實現水源與風力的整合，保證風與水能夠在相互補充下獲得動能。改變了以往單一只靠水壓、噴霧距離短、霧化效果不理想的現象，并且還會加大稅務，縮小霧滴，擴大噴射距離，具有良好的除塵效果。

防塵效果：在5612中順使用風水聯動調節噴霧裝置后，增加了噴霧距離、霧化效果增強，水霧布滿整個巷道，噴霧噴射距離達到10m以上，可以讓粉塵濕潤，降低井下粉塵的濃度，提高降塵效果，根據研究，這種裝置的除塵率可以達到50%以上，具有良好的除塵效果。此外，該裝置在安裝的時候比較簡單，可以在各大地區進行推廣。此外，使用風水聯動調節噴霧裝置，在提高除塵效果的同時，也能夠改善井下的環境，在保障工作人員身體健康的同時，可以減少工作人員發病幾率，具有良好的社會效益。

6 粉塵在線監測與噴霧的聯網技術

粉塵濃度自動噴霧裝置如圖4所示，由主機、監控分站、粉塵濃度傳感器、控制器、電磁閥、凈化水幕等組成。

圖4 粉塵濃度自動噴霧裝置示意圖

工作原理：凈化水幕在正常情況下是常閉狀態，如果粉塵的濃度要高于標準值之后，控制器則會發出信號，對電源箱之內固態繼電器造成影響，甚至可以及時打開控制噴霧的電磁閥，這樣一來，便可以開始實施除霧。另外，如果當粉塵的濃度低于標準要求的時候，控制器則會發出信號，關閉設備，所有的繼電器也會得到關閉，噴霧除塵工作也會即刻停止。

系統功能包括：（1）粉塵濃度的自動監測與監控實現能夠自動監測粉塵濃度和粉塵濃度超限報警功能；（2）如果粉塵的濃度>10mg/m3時，那么則可以實施自動噴霧，當粉塵濃度下降到報警濃度之后，噴霧才會停止工作，報警器才會停止。（3）與網絡聯網之后，在監控系統之中可以對井下粉塵的變化狀態有所了解，并且能夠對歷史數據進行查詢，然后結合數據繪制報表曲線，這樣一來，才能真正實現數據的存儲，才能實現了地面監測及信息處理功能。

7 結語

針對田莊煤礦煤塵具有較高爆炸指數的特點，對其掘進工作面和主要運輸巷的煤塵防治技術進行了研究，采取了多項防塵措施，使得各采掘工作面和主要運輸巷的粉塵濃度得到了有效的控制，不僅改善了井下采掘進工作面的作業環境，保護了員工的身體健康，還有效促進了礦井安全生產，具有良好的社會和經濟效益。

[1]王德明主編.礦井通風與安全[M].徐州:中國礦業大學出版社,2005.

[2]中國煤礦安全監察局主編.煤礦安全規程[M].北京:煤炭工業出版社,2014.

[3]徐永忻主編.采礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2003.

[4]金龍哲主編.礦井粉塵防治理論[M].北京:新華出版社,2010.

[5]趙鐵錘主編.礦井粉塵防治技術 [M].北京:煤炭工業出版社,2007.