綜掘工作面粉塵綜合防塵應(yīng)用技術(shù)研究

摘要：為解決綜掘工作面粉塵產(chǎn)生量大的問題，本文針對西北某礦風(fēng)巷掘進(jìn)工作面粉塵防治方面的不足之處，根據(jù)各生產(chǎn)工序的產(chǎn)塵特點(diǎn)，提出了掘進(jìn)面“三壓帶”分段注水等技術(shù)措施。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，所運(yùn)用的綜合防治技術(shù)效果明顯。

關(guān)鍵詞：綜掘工作面;粉塵分布;煤層注水;參數(shù)優(yōu)化

1、前言

粉塵危害是煤礦生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一。粉塵嚴(yán)重影響著礦工的身心健康。在煤礦，采、掘工作面是煤礦最主要的兩大產(chǎn)塵源。一般綜采工作面和機(jī)掘工作面在無防降塵措施時(shí)，工作面粉塵濃度高達(dá)2000mg/m3左右，甚至更大。采取一般單項(xiàng)降塵措施后粉塵濃度還會有1000mg/m3左右。粉塵引起的職業(yè)危害表現(xiàn)為礦工塵肺病。就目前的醫(yī)學(xué)水平，塵肺病還是一種只可預(yù)防而不可治愈的“不治之癥”，而預(yù)防的關(guān)鍵是作好防塵工作，防止在生產(chǎn)過程中粉塵飛揚(yáng)。統(tǒng)計(jì)資料表明，全國煤礦目前統(tǒng)計(jì)的塵肺病和疑似塵肺病患者為100萬人。因此，治理煤礦粉塵已迫在眉睫，刻不容緩。

2、工程概況

西北某礦風(fēng)巷掘進(jìn)工作面采用EBZ-160型綜掘機(jī)綜掘與炮掘相結(jié)合的掘進(jìn)工藝，巷道長度864米，沿煤層掘進(jìn)。煤層平均厚度2.4m，由亮型煤，半亮型煤組成，煤層頂?shù)撞坑砂档兔航M成，煤層有2-3層夾矸、夾矸層厚度在0.01～0.35米左右。具有煤塵爆炸性，但無煤層自燃發(fā)火傾向性。采用錨桿聯(lián)合鋼筋網(wǎng)支護(hù)，在頂板壓力較大時(shí)，采用金屬箱支護(hù)。金屬箱用11#礦用工字鋼制作。工作面供風(fēng)量為287.5m3/min，采用FBDNO.5.6/22×11型局部風(fēng)機(jī)。

3、綜掘工作面防塵現(xiàn)狀

通過現(xiàn)場調(diào)研，該綜掘面粉塵防治的現(xiàn)狀是：

（1）礦井為高瓦斯礦井，工作面供風(fēng)量大，風(fēng)速高;

（2）工作面在煤層掘進(jìn)，該煤層具有含水量低（<1.72%）、煤層較軟（f<1）的特點(diǎn)，另外工作面采用EBZ—160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，割煤強(qiáng)度大，截割高度高（巷道凈高3.0m），導(dǎo)致工作面產(chǎn)塵強(qiáng)度極大;

（3）工作面產(chǎn)生的高濃度粉塵在高風(fēng)速條件下，割煤產(chǎn)生的粉塵迅速擴(kuò)散和彌漫到整個(gè)作業(yè)空間;

（4）掘進(jìn)機(jī)內(nèi)、外噴霧、工作面斷面噴霧、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧采用井下靜壓水供水，但是靜壓水壓力太低，僅在0.5MPa左右，噴霧不能有效的捕捉沉降煤塵，降塵效果不理想;

（5）按照作業(yè)規(guī)程要求，工作面應(yīng)使用除塵風(fēng)機(jī)，但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，工作面未見除塵風(fēng)機(jī)。

（6）掘進(jìn)巷道中的斷面噴霧主要是手動(dòng)開啟，自動(dòng)化程度低、噴霧使用效率低。

以上的問題，導(dǎo)致掘進(jìn)工作風(fēng)面作業(yè)空間粉塵濃度極大，已嚴(yán)重影響工人的身體健康，也給煤礦的生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。

4、綜掘工作面防塵設(shè)計(jì)

4.1總體技術(shù)方案

通過該綜掘工作面產(chǎn)塵特點(diǎn)的分析得出，該工作面煤層水分值平均1.72%，含水量低，掘進(jìn)時(shí)截割高度高（巷道凈高3.0m）、煤體垮落揚(yáng)塵及沖擊產(chǎn)塵嚴(yán)重，并且煤層夾矸2～3層，夾矸硬度大，含水量低，在破碎時(shí)將產(chǎn)生大量細(xì)微巖塵;在風(fēng)流作用下，割煤產(chǎn)生的粉塵迅速彌漫擴(kuò)散至整個(gè)作業(yè)空間，現(xiàn)有的低壓外噴霧已不能解決工作面的粉塵問題。在這樣的條件下，采用煤層注水一般可取得30%～40%的降塵效果;采用一般的高壓噴霧可取得70%左右的降塵效果。

根據(jù)掘進(jìn)工作面相關(guān)防塵法律法規(guī)、現(xiàn)場調(diào)研以及綜掘工作面粉塵防治現(xiàn)狀及產(chǎn)塵特點(diǎn)，在分析對比綜掘工作面現(xiàn)有粉塵治理技術(shù)的基礎(chǔ)上，最終確定采用分段式高壓煤層注水、掘進(jìn)機(jī)負(fù)壓二次噴霧降塵系統(tǒng)、除塵器長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)、粉塵濃度超限噴霧降塵裝置、觸控噴霧降塵裝置以及定時(shí)光控噴霧降塵裝置組成綜合防塵系統(tǒng)，對掘進(jìn)工作面粉塵進(jìn)行全面的、綜合的治理。

4.2綜掘面煤層注水技術(shù)

煤層注水作為降低煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)塵量的最有效措施，通過中高壓水壓裂煤體，使煤體原生裂隙與次生裂隙相互貫通，增大了水與煤體接觸面積，煤體得到充分濕潤，增加煤層水分，從而使煤體脆性降低、塑性增強(qiáng)，使煤體在破碎時(shí)由脆性破壞變?yōu)樗苄宰冃危瑥亩档头蹓m的產(chǎn)生，提高降塵效率。

掘進(jìn)面“三壓帶”分段注水的防塵機(jī)理是利用三段膨脹式注水封孔器分別在同一鉆孔內(nèi)，向煤體前方的卸壓帶、集中應(yīng)力帶及原始應(yīng)力帶影響的范圍內(nèi)進(jìn)行封孔并注水。由于第一段、第二封封孔器封孔注水后，煤體前方“三壓帶”影響范圍前移，在原集中應(yīng)力帶及原始應(yīng)力帶影響范圍內(nèi)形成新的卸壓帶，從而使“三壓帶”的封孔注水，實(shí)際變?yōu)樵谌齻€(gè)“卸壓帶”影響范圍內(nèi)的封孔注水;由于卸壓帶影響范圍內(nèi)的煤體裂隙較發(fā)育且張量不大，為煤體注水提供“注水通道”;在“壓力滲流”、“自然滲流”的共同作用下，使沿鉆孔整個(gè)深度范圍內(nèi)的煤體得到較充分、均勻的預(yù)濕潤，有效降低掘進(jìn)時(shí)粉塵的產(chǎn)生。

因此，本方案采用掘進(jìn)面“三壓帶”分段封孔注水技術(shù)進(jìn)行對目標(biāo)工作面進(jìn)行煤層注水試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，形成一套適合現(xiàn)場使用的“三壓帶”分段封孔注水工藝，達(dá)到從根本上降低工作面產(chǎn)塵的目的。

4.3噴霧降塵技術(shù)

噴霧降塵是掘進(jìn)工作面應(yīng)用最廣泛的降塵措施，具有設(shè)備簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。掘進(jìn)機(jī)外噴霧的降塵效果在很大程度上取決于噴霧射流是否能在掘進(jìn)機(jī)割煤滾筒周圍形成均勻的噴霧水幕，在截割頭塵源位置消除盡可能多的粉塵，并且通過對煤體有效濕潤，減少煤炭垮落過程中的揚(yáng)塵與沖擊產(chǎn)塵。均勻水幕的形成和噴霧射流的引射風(fēng)量主要取決于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流的質(zhì)量。而高壓噴霧具有霧化效果好、速度高、射程遠(yuǎn)、耗水量小（只是普通噴霧的三分之一）、覆蓋面積大、降塵效率高、引射風(fēng)量大等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦防塵中得到廣泛應(yīng)用。

因此，本方案采用掘進(jìn)機(jī)負(fù)壓二次噴霧降塵系統(tǒng)，通過形成均勻的噴霧水幕包裹掘進(jìn)機(jī)截割頭，捕集截割頭在割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵，并通過對煤體的濕潤，減少煤體垮落揚(yáng)塵及沖擊產(chǎn)塵。

4.4回風(fēng)流粉塵治理技術(shù)

為從根本上消除綜掘面粉塵污染以及高濃度粉塵對回風(fēng)流的污染，采用除塵器抽塵凈化是最有效的措施之一。長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)管理、維護(hù)較簡單，通風(fēng)費(fèi)用低，并能有效排除積聚的瓦斯和滯留的粉塵，可實(shí)現(xiàn)粉塵的就地凈化。在國外得到廣泛運(yùn)用，該技術(shù)可把工作面粉塵降至10mg/m3以下。但是，由于國內(nèi)綜掘面的支護(hù)方式、安全保證措施以及人員觀念等因素，制約該技術(shù)在國內(nèi)推廣使用。

根據(jù)該配風(fēng)巷綜掘工作面的實(shí)際情況，本方案通過長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)對工作面粉塵進(jìn)行抽塵凈化。除塵器選用了KCS-250D型礦用過濾濕式旋流除塵器，其本體結(jié)構(gòu)根據(jù)氣、粒兩相流理論設(shè)計(jì)，噴霧、過濾及旋流除塵機(jī)理，高效旋流脫水。當(dāng)綜掘機(jī)割煤時(shí)，啟動(dòng)除塵器，截割頭產(chǎn)生的高濃度含塵氣流經(jīng)吸塵罩和負(fù)壓風(fēng)筒進(jìn)入除塵器，通過噴霧、過濾、旋流除塵和脫水之后，排出清潔氣流進(jìn)入回風(fēng)。

5、結(jié)束語

實(shí)施綜合防治技術(shù)技術(shù)后，各生產(chǎn)工序的降塵率均有較大程度提高。在綜掘機(jī)司機(jī)位置（距綜掘工作面約5m處）、綜掘機(jī)后10m處、除塵器出風(fēng)口后5m處，各個(gè)點(diǎn)的平均粉塵濃度達(dá)到規(guī)程要求。但同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步完善煤礦防塵管理制度、粉塵危害控制管理制度及體系，在現(xiàn)有煤礦防塵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，編制企業(yè)防塵技術(shù)規(guī)范，對礦井防塵實(shí)行科學(xué)、統(tǒng)一管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊勝強(qiáng).粉塵防治理論及技術(shù)[J].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007：120-123.

[2]賈東.綜放工作面綜合防塵技術(shù)探析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（S1）：68-69.

作者簡介：任坤（1987.01.07），男，本科，四川省南充市嘉陵區(qū)，助理工程師，現(xiàn)就職于重慶中環(huán)建設(shè)有限公司，主要從事煤礦技術(shù)管理工作。