慈林山礦15206 運輸巷綜掘工作面粉塵治理分析

程云鵬

（慈林山煤業公司慈林山煤礦，山西 長子 046605）

高濃度煤塵環境遇到明火可能引發煤塵或瓦斯煤塵爆炸，威力遠超普通瓦斯爆炸。長期在高濃度粉塵條件下工作，吸入大量粉塵后容易引發塵肺病等呼吸性系統疾病。煤礦綜掘工作面是粉塵主要產生源，目前粉塵治理技術主要有噴霧、通風、煤層注水等技術。本文以慈林山礦15206 綜掘面為例，提出實施了封閉式控除塵技術治理粉塵[1]。

1 工作面概況

慈林山煤礦隸屬于山西潞安化工集團，核定年生產能力為60 萬t，可采儲量為2 681.48 萬t，煤種為貧煤，煤質工業分析結果見表1。15206 運輸巷為半煤巖巷道，斷面面積為12.9 m2，供風量為230 m3/min，所屬15#煤層厚1.9～2.3 m，均厚2.1 m，結構較簡單，含1～3 層夾矸。本煤層層位穩定，結構較簡單，煤層甲烷含量為0.46 mL/g（干燥無灰基），屬低瓦斯礦井。掘進工作面周邊無采動區，煤層結構幾乎未受采動影響，煤層富水性較小，采掘過程中的產塵量可能很大。15206 運輸巷開口位置位于15 煤南翼皮帶大巷5#聯巷往南59 m 處，總長度為654 m，采用三一EBZ-200 綜掘機掘進作業。

表1 工業分析結果

圖1 巷道斷面圖（mm）

2 15206 綜掘工作面產塵特征

通過對15206 運輸巷掘進工作面現場觀測發現，粉塵來源主要有以下四個方面[2]：

（1）掘進機截割頭截割煤體產塵。綜掘工作面依靠掘進機高強度截割煤體，截割頭上的截齒旋轉割煤是最重要的產塵工序，其產塵量最大、產塵時間最長，截割產塵總量約占掘進面總產塵量的85%。經過對掘進機司機處粉塵濃度實測發現，總粉塵平均濃度高達846.3 mg/m3，呼吸性粉塵平均濃度高達424 mg/m3。截割頭割煤時主要依靠截齒與煤體之間的碰撞使煤壁發生破碎，實現高效掘進，在此過程中，截齒齒尖擠壓、摩擦煤體，煤體首先發生彈性形變，當對煤體施加的壓力超過煤的強度極限以后，煤體發生塑性形變直至發生破壞，此時煤體內部存儲的彈性能瞬間釋放，將破碎的煤體碎塊和粉塵拋出，在高強度壓力作用下儲存的彈性能較多，發生破碎時其釋放速度較快，煤體的破碎程度也較大，因此粉塵易被拋射向空氣中變成氣載粉塵。實測結果表明，截割頭向煤壁施加的力越大產生的粉塵越多，呼吸性粉塵等細微顆粒粉塵占比也越高。同時，煤體破碎過程中還會向煤壁深處及遠處煤體傳導能量，使煤體內部原生裂隙進一步擴展，此時裂隙內部也會產生少量粉塵，發生大范圍煤體破碎時粉塵會被工作面壓風吹起，造成空氣污染。

（2）作業工序產塵。綜掘面作業時除了掘進機截割頭旋轉破碎煤體，還需要打鉆、支護、運煤等步驟，干式鉆孔過程同樣會造成煤體破碎產生粉塵，煤體碎塊通過皮帶運輸機從工作面運送至地面，在此過程中掘進機后方轉載點處存在高度差，煤流掉落過程中將拋灑出大量粉塵。

（3）振動產塵。掘進機截割破碎的煤體碎塊經由掘進機旋轉星輪裝載至運輸機上，在裝煤的過程中煤體相互碰撞，使煤體表面沉積的粉塵再次拋向空中。掘進機星輪裝載過程將造成工作面粉塵濃度增加10～15 mg/m3。

（4）壓入式供風帶入粉塵。煤礦井下多種工作地點都可能產生粉塵，綜掘面供風多數來自巷道入口處的軸流式風機，風機從大巷中抽取空氣壓入工作面，大巷空氣中通常存在一定濃度的粉塵顆粒，如果在風機入口處沒有采取粉塵凈化措施，就會將大巷中的氣載粉塵吹入工作面。

綜掘工作面是粉塵危害十分嚴重的地點，且產生粉塵的來源較多，需要采取高效粉塵治理措施降低粉塵濃度，保障工人身心健康。

3 封閉式除塵技術及應用效果

為了高效治理綜掘工作面高濃度粉塵，設計了以抽塵裝置為主、控塵裝置為輔的綜掘面封閉式除塵技術，通過抽塵裝置吸入截割產生的粉塵，降低粉塵濃度，利用控塵裝置在掘進機司機前方形成全斷面空氣幕，阻止殘余粉塵擴散，提高抽塵裝置吸入粉塵的效率。

3.1 封閉式抽塵凈化技術

抽塵凈化裝置示意圖如圖2，主要由扁平式粉塵吸入口、柔性風筒、濕式振弦除塵風機組成。粉塵吸入口固定在掘進機截割臂與機身連接處，可以隨著掘進機一同前進或后退，能夠保證對截割產塵的高效吸入，柔性風筒和剛性風筒將吸風口和濕式振弦除塵風機鏈接起來，粉塵從吸入口吸進風筒中，最終在濕式振弦除塵風機中經過濕式除塵組塊凈化，清潔空氣從風機出風口排出。抽塵凈化系統內部均為光滑通道，減少了內部流道空氣能量損失以及粉塵積聚，提高了除塵效果和吸風量。

圖2 抽塵凈化裝置示意圖

圖3 附壁風筒示意圖

3.2 降塵效果

為了測定封閉式除塵系統對粉塵的治理效果，根據國家相關標準規定，在掘進機司機處和附壁風筒5 m 處的工作人員呼吸帶位置分別設置兩個測塵點，采用直讀式測塵儀同時測定呼吸性粉塵和總粉塵濃度。采用降塵措施以后的除塵率按照公式（1）計算：

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ為除塵率，%；c1為沒有降塵措施時的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

從表2 中實測數據可以看出，15206 綜掘工作面粉塵危害十分嚴重，沒有任何除塵措施時全塵和呼塵平均濃度在掘進機司機處分別達到846.3 mg/m3和424 mg/m3，附壁風筒后方5 m 處全塵和呼塵平均濃度相對較低，但依然分別達到了587.6 mg/m3和361.7 mg/m3。經過封閉式除塵技術治理以后，粉塵濃度顯著降低，在掘進機司機處全塵降塵率達到了87%，降低至106.5 mg/m3，而呼塵降塵率則接近85%，降低至64.5 mg/m3。經過附壁風筒隔塵后，全塵和呼塵降塵率分別達到了90.3%和89.9%，參與濃度分別為57 mg/m3和36.5 mg/m3。

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

4 結論

（1）綜掘工作面粉塵主要來自四個方面，分別是掘進機截割頭旋轉割煤產塵、作業工序產塵、振動產塵和壓入式供風帶入粉塵，其中掘進機截割產塵量最大、產塵時間最長，產塵量約占掘進工作面總量的85%。

（2）采用了濕式振弦除塵風機為主、附壁風筒為輔的封閉式除塵技術后，粉塵治理效果較好，在司機處全塵和呼塵的降塵率分別達到了87%和85%，附壁風筒后方降塵率達到了90%。