快速掘錨成套裝備掘進(jìn)工作面粉塵檢測(cè)和分析

張彥

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

我國(guó)是世界上最主要的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，研究表明，2050年，煤炭仍是我國(guó)的主要能源。我國(guó)煤炭的安全高效開(kāi)采技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。但是，開(kāi)采煤礦資源過(guò)程中，產(chǎn)生的粉塵污染仍有相當(dāng)大的危害，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)企業(yè)重視生產(chǎn)安全而忽視職業(yè)健康工作，即缺乏對(duì)工作場(chǎng)所內(nèi)產(chǎn)生或存在的職業(yè)性有害因素及其健康損害進(jìn)行識(shí)別、評(píng)估、預(yù)測(cè)和控制，導(dǎo)致技術(shù)進(jìn)步無(wú)法匹配煤炭產(chǎn)量的快速上升，造成煤礦作業(yè)環(huán)境得不到有效改善。

煤礦粉塵主要是在煤礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生，特別是在煤礦井下風(fēng)速較大的情況下，開(kāi)展煤礦采掘作業(yè)時(shí)，煤礦粉塵污染現(xiàn)象會(huì)更明顯。通常煤礦井下粉塵主要來(lái)自采煤機(jī)的割煤過(guò)程、煤礦支架的移架過(guò)程、放煤設(shè)備的放煤過(guò)程、破擊設(shè)備的破擊過(guò)程等環(huán)節(jié)。此外，在掘進(jìn)煤礦巷道的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。要想把采煤工作面粉塵的防治工作做好，必須根據(jù)煤礦粉塵的具體來(lái)源，采取相應(yīng)的治理措施，綜合進(jìn)行治理，以降低粉塵的濃度。煤礦綜采工作面主要的防塵技術(shù)有噴霧防塵技術(shù)、煤層注水防塵技術(shù)等。目前，噴霧防塵技術(shù)在煤礦綜采工作面防塵中的使用頻率較高，需要借助錐形噴嘴、液壓支架輔助設(shè)備等達(dá)到降低粉塵濃度的目的。而除塵防塵技術(shù)的應(yīng)用及相應(yīng)設(shè)備設(shè)計(jì)依賴(lài)綜采工作面封塵濃度分布情況。因此，粉塵濃度的測(cè)量對(duì)監(jiān)測(cè)掘錨設(shè)備工作、優(yōu)化除塵設(shè)備具有重要意義。目前，有很多方式可以較為準(zhǔn)確地得到煤礦下作業(yè)時(shí)的粉塵濃度，在實(shí)際測(cè)量中，煤礦各個(gè)工況下的測(cè)試儀器應(yīng)盡可能方便攜帶而又不對(duì)掘錨設(shè)備產(chǎn)生影響。

本文通過(guò)對(duì)煤礦下快速掘錨成套裝備實(shí)際作業(yè)的粉塵濃度測(cè)量，分析了在掘錨設(shè)備工作時(shí)各個(gè)位置的粉塵濃度情況，為實(shí)際生產(chǎn)的健康作業(yè)提供了粉塵數(shù)據(jù)，對(duì)掘錨設(shè)備工作時(shí)的除塵防控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 測(cè)試設(shè)備及原理

1.1 測(cè)試裝置

本文采用光散射法設(shè)計(jì)的直讀式粉塵濃度測(cè)量?jī)x（CCZ3000）開(kāi)展粉塵濃度測(cè)量，如圖1所示。該粉塵測(cè)量?jī)x吸收消化了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的測(cè)塵技術(shù)，采用紅外激光器和進(jìn)口光電倍增管，進(jìn)入暗室里的浮游粉塵利用紅外激光照射，在粉塵性質(zhì)一定的條件下粉塵的散射光強(qiáng)正比于粉塵質(zhì)量濃度，將散射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其原理為外部含塵空氣在風(fēng)機(jī)的吸引下進(jìn)入采樣口，經(jīng)導(dǎo)流裝置（遮掉外部光線）進(jìn)入檢測(cè)器暗室。暗室內(nèi)的平行光與受光部的視野成直角交叉構(gòu)成靈敏區(qū)（圖中斜線部分），粉塵通過(guò)靈敏區(qū)時(shí)，其90℃方向散射光透過(guò)狹縫射進(jìn)光電倍增管轉(zhuǎn)換成光電流，經(jīng)光電流積分電路轉(zhuǎn)換成與散射光成正比的電信號(hào)。通過(guò)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，計(jì)算出粉塵的質(zhì)量濃度。

圖1 粉塵濃度測(cè)量?jī)x及基本工作原理圖

1.2 工裝防護(hù)裝置

考慮到快速掘錨成套裝備工作時(shí)的惡劣環(huán)境，有必要對(duì)粉塵濃度測(cè)量?jī)x增加防護(hù)裝置，通過(guò)實(shí)地考察礦井下工作環(huán)境，避免儀器受到煤塊碎屑損壞儀器，最終確定的防護(hù)裝置如圖2所示。圖2為設(shè)備保護(hù)工裝，其中顯示屏防護(hù)門(mén)既可為粉塵設(shè)備的顯示屏提供保護(hù)，打開(kāi)后又能即時(shí)查看粉塵測(cè)量數(shù)據(jù)，工裝盒主體是提供防護(hù)的主要部分，同時(shí)在設(shè)備保護(hù)工裝側(cè)面開(kāi)設(shè)了數(shù)據(jù)孔防護(hù)門(mén)，關(guān)閉時(shí)可避免粉塵進(jìn)入數(shù)據(jù)孔，打開(kāi)時(shí)可導(dǎo)出設(shè)備數(shù)據(jù)或給設(shè)備充電，在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，有孔耳座可通過(guò)鐵絲綁定在掘錨設(shè)備上，方便對(duì)掘錨設(shè)備各個(gè)位置進(jìn)行布點(diǎn)，提手為設(shè)備的攜帶提供了便利。根據(jù)儀器的測(cè)量原理，只需將進(jìn)塵口暴露在粉塵環(huán)境中，就可以測(cè)量。在工裝的防護(hù)下，可以避免儀器其他部位受到粉塵的污染以及防止碎屑砸壞儀器。

圖2 粉塵測(cè)量?jī)x保護(hù)工裝結(jié)構(gòu)圖

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

為獲得最具有代表性的快速掘錨成套裝備工作時(shí)的粉塵濃度情況，我們選取較為典型的巷道掘進(jìn)條件（截割寬度5.4m，截割高度4.5m，月平均進(jìn)尺600m）作為測(cè)量分析的基礎(chǔ)模型。快速掘錨成套裝備實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的工況如圖3所示。

為了獲得掘錨設(shè)備采掘過(guò)程中巷道粉塵濃度的分布情況，粉塵濃度測(cè)量?jī)x的布點(diǎn)數(shù)量及位置的選取就十分重要，需要考慮到設(shè)備上安裝測(cè)量?jī)x的可行性以及測(cè)試結(jié)果的完整性。將6臺(tái)粉塵濃度測(cè)量?jī)x從1～6進(jìn)行編號(hào)，圖3展示了6臺(tái)粉塵濃度測(cè)量?jī)x在掘錨設(shè)備上的布點(diǎn)設(shè)計(jì)位置。從圖3可以看出，1～3號(hào)距離掘錨斷面較近，4～5距離掘錨斷面較遠(yuǎn)，但接近除塵設(shè)備的排塵口，6號(hào)粉塵測(cè)試儀位于掘錨機(jī)的尾部，圖4為粉塵濃度測(cè)量?jī)x在掘錨設(shè)備上的實(shí)際布點(diǎn)位置示意圖。

圖3 巷道斷面及粉塵儀布放位置示意圖

圖4 粉塵儀自掘錨機(jī)布點(diǎn)位置示意圖

將帶有工裝防護(hù)裝置的粉塵濃度測(cè)量?jī)x固定在圖4的布點(diǎn)位置，各個(gè)布點(diǎn)處在掘錨設(shè)備上的實(shí)際裝配圖如圖5所示。

圖5 實(shí)測(cè)布點(diǎn)位置

3 測(cè)試結(jié)果

圖6(a)～(f)分別是1～6號(hào)布點(diǎn)位置的粉塵濃度隨時(shí)間的變化情況，由圖6可知，不同位置的粉塵濃度有著明顯差異，這與布點(diǎn)位置距離煤礦斷面的距離有著直接關(guān)系，首先，距離較近位置的1、2號(hào)布點(diǎn)粉塵濃度相對(duì)要高，其粉塵濃度在120mg/m3以上，而靠近排塵口較近的4、5號(hào)粉塵濃度的平均值最高，說(shuō)明除塵設(shè)備將離斷面較近的粉塵轉(zhuǎn)移到較遠(yuǎn)位置處。在快速掘錨成套裝備工作時(shí)，整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，各布點(diǎn)的粉塵濃度值大都在某一個(gè)值附近，除了個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)峰值外，其他時(shí)間的濃度相對(duì)較穩(wěn)定。

圖6 各個(gè)布點(diǎn)粉塵濃度隨工作時(shí)間變化

表1為6個(gè)布點(diǎn)位置在一段時(shí)間內(nèi)的粉塵濃度峰值與平均值。由表1可知，5號(hào)位置處的粉塵濃度峰值最高，3號(hào)位置處粉塵的峰值濃度最低，而4號(hào)位置的粉塵平均濃度最高，3號(hào)位置的平均濃度最低，3號(hào)位置的粉塵濃度污染相對(duì)較好，但其還是高于國(guó)家規(guī)定的煤礦工作粉塵濃度最高標(biāo)準(zhǔn)(3.5mg/m3)。由其他位置的粉塵濃度情況可知，礦下作業(yè)時(shí)的環(huán)境比較惡劣，粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，需要格外關(guān)注。同時(shí)，根據(jù)掘錨機(jī)不同點(diǎn)位粉塵濃度情況，可為掘錨機(jī)除塵設(shè)備的布置及設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 不同點(diǎn)位粉塵濃度峰值與平均值

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦職業(yè)安全健康環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦無(wú)害化作業(yè)和保障煤礦從業(yè)人員生命全周期職業(yè)安全健康意義重大。需要構(gòu)建煤礦粉塵防控及職業(yè)安全健康長(zhǎng)效機(jī)制。而由于地下礦井復(fù)雜的環(huán)境，粉塵濃度測(cè)量相對(duì)較難。本文針對(duì)煤炭礦井工作的健康環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)地下礦井掘錨裝備工作時(shí)粉塵濃度的采集方案，全面地測(cè)量了快速掘錨成套裝備在工作時(shí)各個(gè)位置的粉塵濃度，可以為地下煤礦工作的除塵措施提供數(shù)據(jù)，也對(duì)煤礦環(huán)境下的健康作業(yè)提供了科學(xué)依據(jù)。