炮掘工作面防塵技術的改進研究

李 偉

(大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003)

同家梁礦21201工作面高抽巷服務于21201工作面，用途為瓦斯抽放專用巷道。巷道沿4#煤層頂板施工，采用光面爆破掘進方式，出矸方式為履帶式挖掘裝載機→二部皮帶→一部皮帶→盤區皮帶→主皮帶→地面洗煤廠，每循環完成進尺2.5～3m。通過對工作面粉塵檢測分析，原有除塵系統及防塵措施效果不佳，需對原有的防塵方案和措施進行改進，提出新的方案和技術措施。

1 21201工作面原有除塵系統及防塵措施

1.1 主要防塵措施

21201高抽巷掘進工作面采取以下降塵措施：

（1）抑制塵源。采取濕式打眼，爆破用水炮泥，爆破前后沖洗巖幫。

（2）通風降塵。加強風機和風筒的管理，適時調整風量和風速，沖淡和排除有害氣體及浮游粉塵。

（3）設置捕塵幕網及噴霧。

（4）設置裝載噴霧裝置及轉載點噴霧裝置。履帶式挖掘裝載機卸載點上方及膠帶轉載點處安裝噴霧裝置，噴頭距卸載點的距離在300～500mm范圍內，出煤時正常開啟噴霧降塵，出煤完畢后關閉。

（5）巷道周邊抑塵。在巷道周邊定時噴灑黏塵劑來抑塵，定期沖洗巷道。將沉積的煤塵充分濕潤，使其失去飛揚性，以防止粉塵再次飛揚，污染風流。

1.2 防塵效果測試及分析

采用濾膜法對21201高抽巷掘進工作面進行粉塵濃度分布及呼吸性粉塵的實際測定。由巷道迎頭向外沿程布置采樣點，對爆破后出矸期間巷道迎頭至1#膠帶轉載點前后處的粉塵濃度進行測試，每個采樣點測試三組數據，再取平均值來進行記錄和分析。

由檢測結果分析得出：

（1）爆破后粉塵濃度的最大值并不是出現在塵源附近，而是在風流下方10m之內，20m之后粉塵濃度才開始大幅降低，40m之后趨于平穩。

（2）轉載點后煤塵濃度增大，維持在100mg/m3以上。隨著逐漸遠離轉載點，全塵濃度下降到20～100mg/m3左右，呼塵濃度基本維持在10mg/m3左右。

（3）通過耙矸機自身攜帶的噴霧裝置及轉載點的噴霧降塵后，雖然巷道粉塵濃度下降40%～60%，但是全塵濃度仍然較高，由此可見噴霧系統的降塵效果差。分析原因發現挖掘式裝載機自帶噴霧有諸多缺點，水壓小，產塵范圍大，霧化范圍小，回旋水霧影響降塵。水質較差經常導致噴霧噴嘴發生堵塞，更多的煤粉進入噴嘴，堵塞越來越嚴重，導致噴霧徹底失效，造成降塵效果不理想。

2 防塵技術措施改進

2.1 改進措施

基于上述分析結果，現對巷道防塵方式做如下調整和改進：

（1）采用螺旋牙水芯噴嘴配套高壓霧化泵，主要特征參數如表1所示。噴嘴剖面及示意圖如圖1所示。在挖掘式裝載機上方安裝兩套、在膠帶轉載點處安裝一套功率均為4kW的高壓降塵系統，每套高壓降塵系統帶1組噴嘴，每組有4個孔徑1mm的噴嘴。高壓降塵系統的啟動和停止采用粉塵傳感器加開停傳感器控制?；仫L巷安裝一臺粉塵傳感器和一套綜合自動控制系統，具有粉塵監測傳輸功能，高壓水霧控制功能。

表1 噴嘴特征參數表

圖1 螺旋牙水芯噴嘴剖面及外觀圖

（2）爆破時產生的粉塵約占粉塵總量的70%，矸石通過膠帶轉載點時產生的粉塵約占粉塵總量的20%，采用高壓撞擊的原理捕獲粉塵，安裝噴頭距塵源的距離在噴霧射程范圍內，能夠克服回旋風的影響，使得絕大多數水粒在煤壁上均勻附著。當噴霧壓力高于10MPa時，霧化粒度在150～200μm，流量約40L/min，開啟下噴頭組，利用水霧作為載體，包裹塵源區域，能夠有效降低粉塵70%。

2.2 高壓噴霧防塵措施實施后降塵效果分析

在掘進巷道內布置好高壓噴霧降塵系統后，把測點布置在耙矸機后1#轉載點后5m位置處（如圖2所示），對高壓降塵方案實施前、后巷道粉塵濃度進行定點監測，共測全塵6次，呼吸性粉塵6次。監測數據見表2所示。

圖2 粉塵采樣點布置圖

表2 改進方案實施前后粉塵濃度（mg/m3）

由監測數據可知，高壓噴霧降塵系統的降塵效果比原有噴霧系統的降塵效果顯著提高，而且轉載點噴霧的霧化效果好，基本形成包圍轉載點和輻射巷道斷面的旋轉水霧。霧體的速度高、密度大，其形成的阻塵霧柱在使用井下靜壓水的情況下，仍然能保證優良的霧化效果，因為選定的噴射角度合適，使得霧體基本在2m處開始覆蓋斷面，并能保證5m左右的霧柱，達到很好的降塵效果。方案實施前后除塵效果對比見表3。

表3 方案實施前后除塵效果對比

3 結論與建議

3.1 結論

（1）同家梁21201高抽巷炮掘工作面煤塵主要來源有爆破、膠帶轉載點處、挖掘式裝載機裝巖時的揚塵等。根據現場測定分析，防塵的重點依次是迎頭、裝載點、轉載點處，降塵工作的重點應放在煤塵的運移擴散過程中。

（2）通過對原有噴霧降塵系統及措施進行監測分析，得出使用普通噴嘴時易出現堵塞、霧化效果差、不能覆蓋全部塵流等缺點，提出使用高壓螺旋牙水芯噴嘴，通過實施后的效果對比可知，更換高壓螺旋牙水芯噴嘴后，降塵率達90%以上。

（3）經高壓噴霧降塵后，1#轉載點處全塵最高濃度為12.85mg/m3，平均為9.55mg/m3；呼塵最高濃度為3.13mg/m3，平均為2.61mg/m3。

3.2 建議

（1）同家梁礦21201高抽巷高壓噴霧防塵技術除塵效果顯著，建議對高壓噴霧除塵裝置安裝點進行標準化建設，尤其是巷道斷面，應建成標準幾何形狀，以便高壓除塵噴霧裝置的安裝，并利于高壓噴霧除塵裝置達到更優效果。

（2）為使高壓噴霧除塵裝置達到更好的狀態，循環用水的沉淀池應適當增大，添加相應的沉淀劑，提高煤塵沉淀效果。另外，在循環用水中添加濕潤劑，增加噴霧成型概率及黏結力，提高除塵效果。

（3）該高壓噴霧除塵裝置對粒徑在2.5～3.5μm范圍內的煤塵除塵效果相對較弱，應加強此粒徑范圍內的除塵工作，并加強作業人員保護及設備防護。