探析豫西“三軟”煤層掘進工作面防塵技術

許春

摘 要：通過對鄭煤集團大平煤礦21091掘進工作面進風巷防塵技術的探索和總結。根據掘進過程中各個工序所產生的粉塵特點，分析、運用了一套針對豫西三軟煤層掘進工作面防塵技術有效的措施。通過現場的試驗和總結，改善了職工的作業環境，有效降低了粉塵濃度，為豫西“三軟”煤層掘進工作面安全高效掘進奠定了基礎。

關鍵詞：三軟；煤層；防塵技術；探析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.057

1 引言

煤塵是煤礦五大自然災害之一。礦井生產過程中高濃度的煤塵容易引起煤塵爆炸、更容易伴隨瓦斯爆炸造成煤塵二次爆炸等。掘進工作面正常生產期間煤塵易造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。過高濃度的粉塵嚴重威脅掘進工作面作業人員的職業健康；引起職工塵肺??；同時高濃度煤塵還減少了井下精密設備的使用壽命；影響現場作業人員視線，增加了現場操作事故的發生概率；降低了職工的勞動效率。

2 概況

鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司大平煤礦位于新密市與登封市交界地帶，為鄭煤集團公司骨干礦井之一。1986年建成投產，設計生產能力0.9Mt/a。礦井主采煤層為二1煤，二1煤層結構簡單，為黑色粉末狀，屬典型的豫西“三軟”不穩定煤層，強度系數f=0.1～0.3。煤塵具有爆炸性，為Ⅲ類不易自燃煤層，采煤方法為走向（傾斜）長壁炮采放頂煤，混合式通風方式，通風方法為抽出式。礦井絕對瓦斯涌出量28.88m/min，相對瓦斯涌出量15.77m/t，屬煤與瓦斯突出礦井，最大瓦斯壓力1.23Mpa，最大瓦斯含量16.40m/t，煤層透氣性系數λ為0.767m2/Mpa2.d，瓦斯衰減系數α為0.04123d-1，堅固性系數平均0.22，放散初速度△P平均值15。井田總體形態為：軸向近東西，向東南傾伏的向斜構造，地質條件復雜，斷層較多，屬于煤與瓦斯突出礦井。

21091進風巷為煤巷，施工期間沿二1煤層底板掘進，21091進風巷擔任21091工作面進風、出煤任務，設計長度381m，設計服務年限18個月，根據周邊巷道實揭煤厚資料及鉆孔資料分析，煤厚5.5～9.0m， 平均煤厚6.0m，煤層產狀1820～1920∠16～27°，煤層呈黑色，玻璃光澤、粉末、碎塊狀，煤層直接頂為泥巖，厚3.85～ 10.35m，老頂為細中粒砂巖，厚9.43～10.98m；直接底為泥巖，厚6.46～6.7，老底為L9灰巖，厚0.3m。巷道埋深297.4～313.2m，掘進范圍內地質構造中等，斷裂構造不發育，圖1，21091進風巷施工示意圖。

3 豫西“三軟”煤層掘進工作面防塵發展情況

豫西“三軟”煤層掘進工作面粉塵主要來自于放炮、刮板輸送機轉載、裝載機轉載、皮帶運輸機運煤及打鉆支護作業等工序。巷道中懸浮的粉塵68%左右源自放炮和轉載，因此放炮過程及轉載附近的煤塵控制及降塵對于實現就地控塵和降低整體巷道空間的粉塵濃度具有關鍵作用。同時掘進巷道作為獨頭巷道，難以形成循環風流，增大了通風降塵難度，粉塵依靠風流動力自工作面揚起擴散后彌漫在工作面后部整個作業空間，這是掘進工作面風流和粉塵揚散、移動狀態過程的特點。

目前常常采用的防塵技術方法主要有以下幾種：通過控制風筒出風口位置控制煤塵，通過對掘進煤層煤體進行注水等方式濕潤煤層減少煤粉的產生，依靠通風除塵器、各種噴霧系統、濕式作業等物理方法方式降低和除去懸浮在空氣中的煤塵。

4 幾種常用的有效措施

4.1 風筒出風口位置及風量

風筒出風口位置距工作面較近時，較大的出風口風量直接送至工作面煤墻，增加了工作面粉塵逸散能力，當風量較大或者出風角度不合理時，還可直接吹起小煤塊，嚴重影響作業現場人員視力范圍。當風筒出風口位置距工作面較遠時。出風口的風量送至煤墻不能及時排出作業現場中煤體釋放出的瓦斯，容易引起瓦斯超預警。因此，根據實際生產情況，在滿足《煤礦安全規程》對風量和風筒位置要求的情況下，將風筒出風口布置在距工作面5-7米的位置是較為合理的位置。

4.2 煤層注水

掘進期間必須制定專項注水設計或技術措施，根據煤層產狀、厚度布置注水孔數量和位置、參數，注水效果以煤壁濕潤或鄰孔出水為原則為準或現場用粉塵測定器測定。根據煤塵情況調整注水時間，若注水效果明顯時，可利用交接班期間進行注水，既達到了注水效果同時不影響掘進時間；若注水效果不明顯時，可每循環施工到位后，安排打閉子注水一班，延長注水時間提高注水效果，并安排專人做好記錄，分析總結注水情況。

4.3 放炮期間降塵

掘進期間每次放炮時炮眼內必須填充自封式水炮泥，水炮泥的充水量為200mL～250 mL，并堅持做到濕式作業，即放炮前、后灑水，出煤灑水等。

4.4 使用降塵水幕簾

為增加水幕的除塵效果，減少對掘進工作面現場環境的影響，在巷道距離工作面30-40米位置處設置降塵水幕簾，采用鐵質紗網制作水幕簾封鎖整個巷道斷面。利用現有除塵水幕，優化噴嘴布置方式，采用環形布置，同時將水幕布置在兩層紗往中間，使巷道形成一道水幕網，水霧噴射到氣流中，通過的煤塵將被捕捉，同時水流自鐵網流下，形成水膜，很好的降低了煤塵。

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4.5 采用氣水聯動降塵

氣水聯動裝置主要由進水端口、進氣端口、氣水混合腔以及噴霧出口構成。其原理是一定壓力的氣體和水分別進入進水端口和進氣端口后，水流在高速氣流作用下破碎成包含大量微小氣泡的液體或液線，單股氣流和多股水流在氣水混合腔形成穩定的氣泡兩相流動，混合體經噴嘴高速噴出時，由于體積膨脹和流動攪動作用，以及周圍空氣的卷入，水被霧化成許多微細的水粒，水利粒直徑大小即被霧化的程度取決于水和空氣的比例。在實際應用中通過閥門調節水壓和氣壓，使

水壓和氣壓達到最佳比例后，能夠有效起到降塵的效果而且影響范圍大、效果好。

4.6 轉載位置降塵

各轉載點必須設置手動或自動降塵設施，各個降塵設施要固定牢固、霧化良好，開關靈敏可靠，安裝噴嘴方向對準產塵源并距離合理，各轉載機頭降塵設施的管件，必須順巷道和支架方向保持橫平豎直，軟管加固間距200mm，只有確保降塵設施安裝位置合理才能實現有效降塵。因受井下作業現場惡劣條件和復雜作業工序的限制。水管管路中容易出現水垢、煤粒、鐵銹雜質等現象。當轉載點打開轉載噴頭一段時間后，常常出現噴霧噴頭失效不出水或滴水不噴現象，出現這種現象時要及時處理。

4.7 堅持定期沖塵和清掃粉塵

在施工地點必須常備50m的沖塵軟管，迎頭20m范圍內由施工隊負責每班至少沖刷一次，并填寫除塵記錄，其余地點每天至少沖刷一次，對于產塵量較大的作業地點，要縮短沖塵周期，保證不出現煤塵堆積現象。

4.8 其它

在采取以上措施的前提下，同時要做好個人防護工作，主要方法是佩戴防塵口罩，在培訓過程中要加強職業病危害教育，提過職工自我保護意識。井下增加檢查力度，多措并舉減少煤塵傷害。

5 效果分析

為了研究豫西“三軟”煤層掘進工作面粉塵的軌跡和濃度分布，根據粉塵濃度測定相關標準，結合工作面作業現場的實際情況，在掘進工作面行人道布置了采樣點，粉塵濃度測定使用的是濾膜質量法，采用粉塵采樣儀進行采樣，采樣時間均為兩分鐘流量為20L/min，采用后稱重計算得到粉塵濃度。

通過對大平煤礦掘進工作面采取煤層注水、降塵水幕簾、氣水聯動降塵等措施后，測量分析工作面粉塵濃度對比可知：21091進風巷正常生產期間總塵平均在150mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在50mg/m3左右，采取措施后總塵平均在65mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在22mg/m3左右，降塵效果明顯。距離工作面40米以外的粉塵濃度處于較低水平總塵平均在30mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在10mg/m3左右，降塵水幕簾效果顯著。

6 結論

豫西“三軟”煤層掘進工作面正常生產期間煤塵產生量大，且分散度高，僅憑某一種防塵技術措施很難將煤塵濃度控制在相關規定范圍內，為了減少掘進工作面粉塵濃度，采取煤層注水、放炮降塵、沖洗巷幫、雙層水幕簾、轉載點降塵、氣水聯動等措施，并且通過不斷的解決現場應用中出現的問題，形成了較為高效的防塵技術體系，為井下作業環境提供了有力保障，為職工的身體健康作出了重要貢獻，為礦井的長治久安奠定了基礎。

參考文獻：

[1]劉承宇，劉健，姬玉成.新型降塵材料在綜掘工作面防塵中的應用[J].四川師范大學學報（自然科學版），2013.

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