干河煤礦2-216運輸順槽掘進工作面防塵技術研究與應用

張 彤

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾041602）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電霍寶干河煤礦2-216工作面井下位于+80水平一采區的右翼，北側為F14斷層，西側為2-112工作面采空區，南側為2-118C工作面采空區，東側為F23斷層。工作面開采2#煤層，煤層平均厚度3.75m，夾矸0.55m左右，煤層傾角7～11°，平均9°，煤層硬度為1.5，屬于穩定性煤層，煤層直接頂為細粒砂巖，均厚2.45，直接頂中粒砂巖，均厚為4.8m，直接底巖層為炭質泥巖，均厚2.9m，基本底為中粒砂巖，均厚為3.1m。

根據礦井地質資料可知，2#煤層有爆炸性危險，煤塵爆炸指數61.2%，火焰長度120mm，加巖粉量為70%。2-216工作面運輸順槽沿煤層底板掘進，掘進寬度×高度=5m×4.8m，巷道掘進時采用EBZ200掘進機，巷道掘進期間采用壓入式通風方式，現為有效治理掘進工作面作業時的粉塵，特進行粉塵分布規律及防塵技術的分析研究。

2 掘進工作面粉塵分布規律

2-216工作面運輸順槽掘進期間產生的粉塵主要受到自然因素和非自然因素兩方面的影響，自然因素方面主要包括：地質構造、煤層賦存、煤巖性質和環境溫度濕度，非自然因素主要包括：通風情況、作業強度、截割參數和截割順序[1-3]，具體綜掘面的塵源種類、產塵影響因素和產塵機理如圖1所示。

現為有效分析2-216運輸順槽掘進工作面掘進作業時粉塵的分布規律，現采用FLUENT數值模擬軟件，設置掘進工作面風筒直徑為1m，風速為11.2m/s，設置風流場出口采用outflow條件，設置空氣密度為1.25kg/m3，動力粘度為1.7894×10-5kg/m·s，溫度為298K[4-5]，現基于上述建立的數值模擬模型，進行2-216運輸順槽綜掘工作面作業時粉塵場的運移規律1.7

根據數值模擬結果，現分別給出巷道掘進作業開始后60s后，在巷道YZ斷面上粉塵濃度的分布規律如圖2所示。

圖1 綜掘工作面產塵結構示意圖

圖2 巷道掘進60s后YZ斷面上粉塵濃度分布云圖

分析圖2可知，在巷道掘進60s后，此時巷道掘進產生的粉塵主要在掘進工作面的回風側，另外從圖中能夠看出此時高濃度粉塵主要在巷道的中部和進風側產生聚集，產生這種現象的主要原因為巷道回風側的風速相對較快，在風流作業下粉塵會隨著風流被帶走，故巷道回風側不易出現高濃度粉塵聚集的現象，致使高濃度的粉塵集中主要出現在巷道進風側和巷道中部；由于巷道回風側的粉塵會隨著風流運動，進而使得回風側整體表現為粉塵濃度較高。從圖1中同樣能夠看出，在距離掘進頭50m的范圍內，巷道中部和回風側存在著較多的粉塵，回風側粉塵的濃度主要表現為隨著距掘進工作面距離的增大，粉塵飄散的越來越高，粉塵濃度逐漸降低。

現為進一步分析綜掘工作面粉塵濃度的分布規律，現將掘進工作面劃分為三個區域，分別為回風側、巷道中部和風筒側，現具體分析掘進工作面該三處區域沿程粉塵濃度的分布，具體不同區域粉塵濃度曲線如圖3所示。

通過分析圖3可知，掘進工作面在風流作用下會在巷道進風側和中部4～6m的位置處出現渦流現象，進而形成高濃度的粉塵聚集點，進風側在該處的粉塵濃度達到690mg/m3，巷道中部該處粉塵濃度約為680mg/m3；隨著距掘進工作面距離的增大，工作面進風側與回風側粉塵的濃度均呈現出逐漸降低的趨勢，粉塵濃度在距離掘進工面月40m的位置處，其粉塵濃度的變化逐漸降低，在距離掘進工作面50m的位置處，粉塵濃度基本處于穩定狀態。

圖3 掘進工作面沿程粉塵濃度分布曲線圖

基于上述分析可知，2-216工作面掘進期間，掘進工作面產生的粉塵主要集中在距掘進工作面50m的范圍內，粉塵主要分布在巷道回風側，在巷道中部和進風側距掘進工作面4～6m的位置處出現粉塵聚集，故在進行掘進工作面防塵作業時，應將防塵重點放在巷道回風側及進風側和中部4～6m的位置處。

3 防塵方案與效果

3.1 防塵方案

根據2-216工作面運輸順槽掘進工作面的具體特征，結合掘進工作面粉塵分布規律的模擬結果，確定工作面采用在綜掘機截割頭位置采用泡沫降塵技術，在皮帶機運輸過程中采用定點觸控式風水聯動噴霧系統，為實現全斷面的風流的凈化采用定時光噴霧系統，并進一步輔以人工灑水的方式以防止掘進工作面出現二次揚塵現象，具體2-216工作面運輸順槽掘進工作面防塵系統如圖4所示。

圖4 掘進工作面防塵系統示意圖

具體2-216運輸順槽掘進工作面的降塵措施為：

1）機載泡沫降塵：由于煤層一般具有疏水特性，因此采用煤層注水的方式并不能取得較好的降塵效果，向通過機載泡沫在掘進機源頭的位置處對高濃度的粉塵進行捕捉沉降。

2）皮帶運輸降塵：皮帶在運煤過程中，會存在摩擦與振動現象，其會產生大量的粉塵，現在定點風水聯動噴霧系統，設置噴霧點間距為400m一個，噴霧的控制方式為觸控式[6]，一處噴霧點安設2個噴嘴，以實現對皮帶運輸過程中產生粉塵的捕捉。

3）在轉載點防塵：轉載點位置處由于掘進處的煤巖體會在重力作用下墜落，在該點位置處同樣采用自動觸控式噴霧系統進行防塵，噴霧系統的控制方式等參數與皮帶機降塵參數相同。

4）全斷面降塵：采用定時定點光噴霧技術進行巷道全斷面的降塵，噴霧的控制方式為定時互相交錯開啟，通過光控關閉，噴霧在巷道走向上以400m的間距布置，生產作業班每間隔1h進行一次噴霧作業，每次噴霧作業噴霧時長為8min。

5）凈化水幕：在距掘進工作面迎頭50m的范圍內設置兩道全斷面凈化水幕，第一道水幕設置在距掘進頭20m的位置處，第二道水幕布置在距掘進頭45m的位置處，凈化水幕布置形式如圖5。

圖5 凈化水幕布置形式示意圖

6）人工降塵：基于數值模擬結果，人工降塵作業主要在距掘進工作面50m范圍內的回風側和巷道進風側和中部距掘進工作面4～6m的位置處實施，人工灑水每間隔2h實施一次。

3.2 效果分析

為分析2-216運輸順槽防塵方案的效果，在掘進工作面采用防塵措施前后分別進行粉塵濃度的測試，測試主要包括全塵濃度和呼塵濃度，測試結果如表1所示。

分析表1可知，當2-216運輸順槽掘進工作面采用上述防塵措施后，全塵的降塵率為92.18%～94.46%，呼塵的降塵率為91.55%～92.30%，據此可知上述降塵方案降塵效果顯著。

表1 掘進工作面采用防塵方案前后粉塵濃度數據

4 結 論

根據2-216運輸順槽掘進工作面的具體特征，通過數值模擬的方式分析了掘進面粉塵的分布規律，確定掘進面粉塵主要出現在距掘進工作面50m的范圍內，基于數值模擬結果，設計以綜掘機截割頭位置采用泡沫降塵技術為主的防塵方案。根據防塵方案實施前后的粉塵濃度數據對比，得出防塵方案降塵效果顯著，優化了掘進工作面的作業環境。