掘進(jìn)巷道煤塵爆炸防治技術(shù)應(yīng)用

谷政江

重慶巨能建設(shè)集團(tuán)路橋工程有限公司 重慶 400000

1 概述

涼水井煤礦井田位于陜西省榆林市神木縣境內(nèi)，地處榆神礦區(qū)東部，井田面積68.9km2；地質(zhì)儲量6.65億噸，可采儲量4.07億噸。井田可采范圍為3-1、4-2，4-3，4-4，5-2煤，共5層。新建的4-3煤輔運大巷屬于二水平開拓延伸工程，半煤巖巷道，煤塵具有爆炸性。采用綜掘法施工，沿煤層頂板破底掘進(jìn)。

2 地質(zhì)水文煤層概況

涼水井井田位于榆神礦區(qū)東北部，井田內(nèi)地層平緩，傾角不足1°，構(gòu)造總體趨勢為傾向NWW的單斜構(gòu)造，本井田構(gòu)造屬簡單類。4-3煤層平均厚度1.19m。4-3煤頂板以細(xì)粒砂巖為主，硬度5.5-6.4，4-3煤底板以粉砂巖為主，硬度4.1-7.4，屬半堅硬巖石，巖體完整性中等，較穩(wěn)定頂、底板。4-3煤輔運大巷掘進(jìn)工作面涌水量≤4m3/h。煤層為低瓦斯含量微弱，屬瓦斯風(fēng)化帶；煤層具有煤塵爆炸危險性，各煤層的自燃發(fā)火等級為易自燃煤層，區(qū)內(nèi)無高溫?zé)岷τ绊憽?/p>

3 煤塵的產(chǎn)生

在采掘過程中，產(chǎn)生直徑小于0.1mm的煤（巖）粒，因工作面為局部通風(fēng)原因，煤（巖）粒幾乎全部懸浮于封閉的施工環(huán)境中。

4 煤塵爆炸機(jī)理

煤塵爆炸是由煤塵顆粒表面氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)所引起的。煤塵爆炸是介于氣體爆炸和炸藥爆炸二者中間的一種狀態(tài)，煤塵爆炸實質(zhì)上是氣體爆炸。煤是可燃介質(zhì)，由于煤塵的表面積增加，受熱時，會吸收更多的熱量，在較低溫度時，就能放出大量的可燃?xì)怏w聚集在煤塵的周圍。如果這時氧化反應(yīng)放出的熱量能夠有效地傳播給附近的煤塵，這些煤塵也就會迅速受熱分解，就會燃燒起來。如果氧化反應(yīng)生成的熱量很快被周圍的介質(zhì)所吸收，氧化反應(yīng)就不能擴(kuò)大，也就不能發(fā)展成為爆炸；反之，氧化反應(yīng)就會越來越快，溫度也越來越高，活化中心越來越多，達(dá)到一定程度時，便能發(fā)展為劇烈的爆炸。

5 煤塵爆炸的條件

一是煤塵本身具有爆炸性，二是浮游煤塵濃度為45mg/m3至1500-2000mg/m3，且處于相對封閉空間內(nèi)；三是要有點燃煤塵的熱源，如金屬碰撞產(chǎn)生的火花、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量、電氣設(shè)備產(chǎn)生的電火花等，煤塵引燃的溫度一般為700-800攝氏度。四是空氣中氧氣濃度大于18%。

6 煤塵爆炸的特征

煤塵爆炸主要具有以下3個基本特征：

一是煤塵爆炸產(chǎn)生的能量大，有產(chǎn)生二次爆炸的可能性。煤塵爆炸后瞬間的溫度可達(dá)2300-2500攝氏度，這樣的高溫在遇到被第一次爆炸沖擊起的煤塵時，非常有可能發(fā)生第二次爆炸或爆燃，爆炸所生產(chǎn)的沖擊波甚至比第一次爆炸的沖擊波大數(shù)倍，將礦井破壞。

二是煤塵爆炸后產(chǎn)生大量的一氧化碳及多種有毒有害氣體，非常容易造成井下人員中毒發(fā)生傷亡。

三是同等條件下煤塵爆炸比瓦斯爆炸造成的傷亡程度要高得多，礦井受損成度要大得多。

因此，為保障礦井的安全生產(chǎn)和廣大煤礦工作者的安全，如何預(yù)防治理礦井煤塵爆炸顯得極其重要。

7 施工方案

采用“四新”加快施工進(jìn)度，并提供良好的施工作業(yè)環(huán)境。

7.1 新工藝

采用E B Z-2 0 0 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，煤、矸分裝分運，DSJ80/40/55膠帶運輸機(jī)運輸煤、矸至卸載點，WCJ8E型無軌膠輪運輸車配ZL30EFB防爆側(cè)卸式鏟車轉(zhuǎn)裝運輸至指定地點。

7.2 新技術(shù)

煤、矸在掘進(jìn)工作面分裝分運，利用掘進(jìn)機(jī)分層掘進(jìn)，實現(xiàn)煤、矸分掘、分裝、分運；WCJ8E型無軌膠輪運輸車配30防爆側(cè)卸式鏟車轉(zhuǎn)裝運輸；

7.3 新設(shè)備、新材料

KCS-408Z煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)、ZL30EFB側(cè)卸式防爆鏟車、新型煤礦通信與信號裝置、GCG500A粉塵濃度傳感器、KG9701B低濃度瓦斯傳感器等新設(shè)備、新材料。

8 煤塵爆炸綜合防治技術(shù)

8.1 綜合防塵系統(tǒng)與設(shè)備

（1）兩臺局部通風(fēng)機(jī)安裝在有新鮮風(fēng)流的進(jìn)風(fēng)巷中，為掘進(jìn)工作面提供良好的通風(fēng)環(huán)境，且在局部通風(fēng)機(jī)前20m處安裝一道防塵噴霧，霧化效果良好。

（2）防塵噴霧系統(tǒng)和巷道消防灑水管路系統(tǒng)共用，沿巷道延伸至工作面，防塵噴霧管路通往各防塵點。

（3）綜掘機(jī)內(nèi)、外噴霧裝置。

（4）KCS-408Z煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)一臺。

（5）GCG500A粉塵濃度傳感器。

（6）4-3煤輔運大巷內(nèi)每50m設(shè)一個三通閥門，并配備消防灑水軟管，每100m設(shè)置一個防塵噴霧裝置，要求防塵噴霧裝置霧化效果良好，能覆蓋巷道斷面；

（7）在巷道的各個運輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載點，設(shè)置一道防塵噴霧，要求霧化效果良好；

（8）按要求在巷道中設(shè)置隔爆水棚；

（9）作業(yè)人員按要求配發(fā)3M高級防塵口罩。

8.2 防塵措施

（1）4-3煤輔運大巷距離掘進(jìn)工作面80米范圍內(nèi)安裝兩道能覆蓋全斷面的噴霧，等距分配5個噴頭；要求噴霧管路采用DN25的無縫鋼管，鋼管上纏繞醒目的反光標(biāo)識，噴霧噴頭迎風(fēng)流方向，傾斜向下45°傾角，噴霧安裝距離巷道頂板不大于50mm，開關(guān)噴霧裝置閥門靈敏、可靠，便于操作；每天安排專人對噴霧進(jìn)行維護(hù)，保證第一道噴霧距離工作面不大于50米，噴霧所有噴頭霧化效果良好，噴頭無堵塞現(xiàn)象。

（2）掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧裝置使用的水壓不得小于2MPa，外噴霧裝置使用的水壓不得小于1.5MPa；噴霧必須能夠全部覆蓋掘進(jìn)機(jī)截割頭。

（3）各運輸轉(zhuǎn)載點設(shè)置有完好的噴霧裝置，噴霧水壓不低于0.3MPa，噴霧噴頭為3個，每個噴頭流量不得小于4L/min；要求噴霧管路采用DN25的無縫鋼管，噴霧噴頭朝向轉(zhuǎn)載落煤（矸）點，噴霧開關(guān)便于人員開啟，閥門靈敏、可靠。

（4）除塵風(fēng)機(jī)安裝、調(diào)試。①工作面供風(fēng)風(fēng)筒上必須設(shè)置調(diào)風(fēng)“三通”，“三通”距離工作面為50-120m，調(diào)節(jié)后工作面迎頭供風(fēng)量應(yīng)不大于除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量的70%。（工作面風(fēng)量應(yīng)滿足巷道最低風(fēng)速、風(fēng)量要求）。②工作面供風(fēng)風(fēng)筒上必須設(shè)置附壁風(fēng)筒，安設(shè)位置為除塵風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向后10-30m位置，通風(fēng)專業(yè)人員調(diào)節(jié)附壁風(fēng)筒放風(fēng)量，提高除塵風(fēng)機(jī)使用效果。。③除塵風(fēng)機(jī)出口30-80m位置，應(yīng)安設(shè)2道全斷面風(fēng)流凈化噴霧裝置，使用氣動高壓微霧降塵裝置，提高呼吸性粉塵降塵效果。

（5）綜合防塵系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順序。開：局部通風(fēng)機(jī)防塵噴霧→巷道防塵噴霧→除塵風(fēng)機(jī)及凈化噴霧→工作面防塵噴霧→掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧；關(guān)：反之。另應(yīng)當(dāng)安排專人沖洗巷道頂幫，按要求進(jìn)行降塵。

9 效果檢驗

（1）普通防塵效果：不符合煤礦安全規(guī)程要求。

（2）綜合防塵效果：符合煤礦安全規(guī)程要求。

（3）作業(yè)場所空氣中粉塵濃度要求

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10 結(jié)語

通過對綜掘工作面綜合防塵技術(shù)的應(yīng)用，能夠人為有效的排除煤塵爆炸的風(fēng)險，且能夠提供良好的井下工作環(huán)境，有效降低井下勞動人員患塵肺的可能性，能為類似的工程提供施工參考。