掘進巷道煤塵爆炸防治技術應用

谷政江

重慶巨能建設集團路橋工程有限公司 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，地處榆神礦區東部，井田面積68.9km2；地質儲量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。

2 地質水文煤層概況

涼水井井田位于榆神礦區東北部，井田內地層平緩，傾角不足1°，構造總體趨勢為傾向NWW的單斜構造，本井田構造屬簡單類。4-3煤層平均厚度1.19m。4-3煤頂板以細粒砂巖為主，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，較穩定頂、底板。4-3煤輔運大巷掘進工作面涌水量≤4m3/h。煤層為低瓦斯含量微弱，屬瓦斯風化帶；煤層具有煤塵爆炸危險性，各煤層的自燃發火等級為易自燃煤層，區內無高溫熱害影響。

3 煤塵的產生

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

4 煤塵爆炸機理

煤塵爆炸是由煤塵顆粒表面氧發生劇烈的化學反應所引起的。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，煤塵爆炸實質上是氣體爆炸。煤是可燃介質，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氣體聚集在煤塵的周圍。如果這時氧化反應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。如果氧化反應生成的熱量很快被周圍的介質所吸收，氧化反應就不能擴大，也就不能發展成為爆炸；反之，氧化反應就會越來越快，溫度也越來越高，活化中心越來越多，達到一定程度時，便能發展為劇烈的爆炸。

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；三是要有點燃煤塵的熱源，如金屬碰撞產生的火花、機械摩擦產生的熱量、電氣設備產生的電火花等，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：

一是煤塵爆炸產生的能量大，有產生二次爆炸的可能性。煤塵爆炸后瞬間的溫度可達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，非常有可能發生第二次爆炸或爆燃，爆炸所生產的沖擊波甚至比第一次爆炸的沖擊波大數倍，將礦井破壞。

二是煤塵爆炸后產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和廣大煤礦工作者的安全，如何預防治理礦井煤塵爆炸顯得極其重要。

7 施工方案

采用“四新”加快施工進度，并提供良好的施工作業環境。

7.1 新工藝

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

7.2 新技術

煤、矸在掘進工作面分裝分運，利用掘進機分層掘進，實現煤、矸分掘、分裝、分運；WCJ8E型無軌膠輪運輸車配30防爆側卸式鏟車轉裝運輸；

7.3 新設備、新材料

KCS-408Z煤礦用濕式振弦除塵風機、ZL30EFB側卸式防爆鏟車、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備、新材料。

8 煤塵爆炸綜合防治技術

8.1 綜合防塵系統與設備

（1）兩臺局部通風機安裝在有新鮮風流的進風巷中，為掘進工作面提供良好的通風環境，且在局部通風機前20m處安裝一道防塵噴霧，霧化效果良好。

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

（3）綜掘機內、外噴霧裝置。

（4）KCS-408Z煤礦用濕式振弦除塵風機一臺。

（5）GCG500A粉塵濃度傳感器。

（6）4-3煤輔運大巷內每50m設一個三通閥門，并配備消防灑水軟管，每100m設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轉載點，設置一道防塵噴霧，要求霧化效果良好；

（8）按要求在巷道中設置隔爆水棚；

（9）作業人員按要求配發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工作面80米范圍內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識，噴霧噴頭迎風流方向，傾斜向下45°傾角，噴霧安裝距離巷道頂板不大于50mm，開關噴霧裝置閥門靈敏、可靠，便于操作；每天安排專人對噴霧進行維護，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，噴頭無堵塞現象。

（2）掘進機的內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機截割頭。

（3）各運輸轉載點設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，噴霧噴頭朝向轉載落煤（矸）點，噴霧開關便于人員開啟，閥門靈敏、可靠。

（4）除塵風機安裝、調試。①工作面供風風筒上必須設置調風“三通”，“三通”距離工作面為50-120m，調節后工作面迎頭供風量應不大于除塵風機吸風量的70%。（工作面風量應滿足巷道最低風速、風量要求）。②工作面供風風筒上必須設置附壁風筒，安設位置為除塵風機出風口向后10-30m位置，通風專業人員調節附壁風筒放風量，提高除塵風機使用效果。。③除塵風機出口30-80m位置，應安設2道全斷面風流凈化噴霧裝置，使用氣動高壓微霧降塵裝置，提高呼吸性粉塵降塵效果。

（5）綜合防塵系統運轉順序。開：局部通風機防塵噴霧→巷道防塵噴霧→除塵風機及凈化噴霧→工作面防塵噴霧→掘進機內外噴霧；關：反之。另應當安排專人沖洗巷道頂幫，按要求進行降塵。

9 效果檢驗

（1）普通防塵效果：不符合煤礦安全規程要求。

（2）綜合防塵效果：符合煤礦安全規程要求。

（3）作業場所空氣中粉塵濃度要求

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10 結語

通過對綜掘工作面綜合防塵技術的應用，能夠人為有效的排除煤塵爆炸的風險，且能夠提供良好的井下工作環境，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。