掘進(jìn)工作面泡沫降塵技術(shù)研究

鄧云武

（西山煤電（集團(tuán)）公司官地礦，山西 太原 030022）

·試驗(yàn)研究·

掘進(jìn)工作面泡沫降塵技術(shù)研究

鄧云武

（西山煤電（集團(tuán)）公司官地礦，山西 太原 030022）

隨著綜掘、綜采技術(shù)的應(yīng)用，粉塵濃度急劇增加，嚴(yán)重影響了工人的身體健康和煤礦安全生產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì)泡沫降塵機(jī)理、粉塵產(chǎn)生機(jī)理及粉塵的運(yùn)移規(guī)律等的分析。研究適合于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的泡沫降塵系統(tǒng)，使泡沫與粉塵有效地接觸，從而有效地捕捉粉塵，達(dá)到高效降塵、消除安全隱患，降低井下掘進(jìn)工作面的粉塵濃度，保障工人身體健康的目的。

掘進(jìn)工作面；泡沫降塵；研究

1 中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面情況分析

西山煤電集團(tuán)公司官地礦22608副巷屬中六采區(qū)2#煤層，煤層瓦斯絕對(duì)涌出量0．60 m3/min，煤層煤塵爆炸指數(shù)16．69%；煤層自燃傾向?yàn)椴灰鬃匀肌?2608工作面的副巷用于22608工作面的材料運(yùn)輸，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 675 m，預(yù)計(jì)使用2年。

該掘面采用上海創(chuàng)力公司EBZ132掘進(jìn)機(jī)割、裝、運(yùn)，巷道高度不低于3 m，巷道高度大于3．5 m時(shí)，采用跟頂留底煤的掘進(jìn)施工方法。該掘進(jìn)機(jī)截割范圍（寬×高）5．1 m×4 m，外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）9．1 m×2．8 m×1．48 m。巷道斷面為矩形。

中六采區(qū)22608副巷綜掘工作面采用壓入式局部通風(fēng)，風(fēng)筒直徑1 m，選用DBKJ№6/2×30 kW對(duì)旋式風(fēng)機(jī)供風(fēng)。進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)：風(fēng)峪溝進(jìn)風(fēng)井→正前大巷→中六區(qū)八斜坡→中六區(qū)軌道巷→中六區(qū)2#煤配巷→局部通風(fēng)機(jī)→22608工作面副巷及底抽巷；回風(fēng)路線(xiàn)：工作面→22608工作面南七→中六區(qū)回風(fēng)巷→風(fēng)峪溝回風(fēng)井→地面。壓風(fēng)系統(tǒng)：九院壓風(fēng)機(jī)房→副平峒→正前大巷→八斜坡→中六區(qū)軌道巷→南六巷道→22608聯(lián)絡(luò)巷→中六區(qū)2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷。

2 22608副巷掘進(jìn)工作面防塵措施及現(xiàn)狀

掘進(jìn)工作面的產(chǎn)塵工序主要有機(jī)械破煤、裝煤、碎煤運(yùn)輸轉(zhuǎn)載等。一般而言，掘進(jìn)工作面各工序所產(chǎn)生的粉塵含量較高，對(duì)人體危害較大；因而此處的作業(yè)人員很有必要進(jìn)行個(gè)體防護(hù)，以做為其他防塵措施的補(bǔ)充。統(tǒng)計(jì)資料也表明，掘進(jìn)工人的塵肺病發(fā)病率比采煤工人高，這也是由于掘進(jìn)工人接觸的礦塵具有較高的游離SiO2含量所致。中六采區(qū)22608副巷綜掘工作面目前采取的防塵措施有：

1）根據(jù)施工隊(duì)進(jìn)度，及時(shí)安裝供水管路，水壓保持正常，供水的水管距迎頭距離不大于20 m。該面防塵供水路線(xiàn)為：風(fēng)峪溝水塔→正前大巷→八斜坡→中六區(qū)軌道巷→南六巷道→22608聯(lián)絡(luò)巷道→中六區(qū)2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷。

2）工作面30～50 m設(shè)凈化水幕一道，運(yùn)煤時(shí)打開(kāi)水幕，以?xún)艋L(fēng)流（空氣）。

3）中六區(qū)22608工作面副巷及底抽巷斷面13．8 m2，按巷道斷面每平米不小于200 L加注，距工作面60～200 m設(shè)第一組隔爆水袋，注水量為2 760 L，水袋容量為20 L，需要138個(gè)水袋，每排4個(gè)，需35排，排距為1．2～3．0 m，間距0．02～0．04 m，隔爆窗口朝

向工作面，巷道每隔200 m設(shè)置一組隔爆水袋。

4）綜掘機(jī)安裝內(nèi)外噴霧，確保使用正常、效果好。各轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧設(shè)施必須齊全，開(kāi)機(jī)開(kāi)水，停機(jī)停水。

5）中六區(qū)2#煤配巷、22608工作面副巷及底抽巷每隔50 m設(shè)灑水三通一個(gè)，定期沖洗巷幫，灑水滅塵，嚴(yán)格控制煤塵飛揚(yáng)。巷道內(nèi)安設(shè)的灑水管路及防塵設(shè)施要經(jīng)常檢查，管路要吊掛平直，捆扎牢固，接頭嚴(yán)密不漏水，杜絕發(fā)生滴、跑、漏水等現(xiàn)象。

6）掘進(jìn)機(jī)割煤時(shí)必須正常使用內(nèi)外噴霧，內(nèi)噴霧壓力不小于3 MPa，外噴霧壓力不小于1．5 MPa。掘進(jìn)機(jī)必須使用除塵風(fēng)機(jī)。

7）巷道內(nèi)的風(fēng)筒和設(shè)備要經(jīng)常清掃積塵，保持衛(wèi)生，嚴(yán)禁積塵厚度超過(guò)2 mm，長(zhǎng)度超過(guò)5 m。

8）施工人員要做好個(gè)體防護(hù)，佩戴防塵口罩。

該工作面目前降塵以利用通風(fēng)除塵、掘進(jìn)機(jī)噴霧除塵和除塵風(fēng)機(jī)除塵為主，但效果不好。

通風(fēng)除塵主要是利用掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)風(fēng)流將工作面作業(yè)地點(diǎn)的懸浮粉塵攜帶走，進(jìn)而降低掘進(jìn)工作面的粉塵濃度。目前，22608副巷掘進(jìn)工作面主要采用壓入式通風(fēng)方式，經(jīng)直徑為1 m的風(fēng)筒提供新鮮風(fēng)流。通常來(lái)講，通風(fēng)除塵工作能有效地稀釋并排出粉塵，但該礦22608副巷掘進(jìn)工作面粉塵濃度基數(shù)大，通風(fēng)措施并不能將粉塵降低到理想效果。特別是由于瓦斯防治的需要，該掘進(jìn)工作面沒(méi)有采用利于粉塵排放的抽出式通風(fēng)，而采用壓入式通風(fēng)。該通風(fēng)方式下污風(fēng)沿巷道緩慢排出，掘進(jìn)巷道越長(zhǎng)，排污風(fēng)速越慢，受污染時(shí)間越久。這種問(wèn)題在中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)中尤為突出。此外，井下掘進(jìn)工作面對(duì)于通風(fēng)的風(fēng)速有嚴(yán)格地限制，這是因?yàn)轱L(fēng)速過(guò)小無(wú)法滿(mǎn)足工作面的需氧量，也無(wú)法把懸浮在空氣中的粉塵排出；而風(fēng)速過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致落入地面的粉塵被再次揚(yáng)起，增加粉塵的濃度。一般掘進(jìn)工作面的最低風(fēng)速以大于0．25～0．63 m/s為宜。通風(fēng)除塵的不足之處使得煤礦井下的除塵不能完全依靠通風(fēng)來(lái)完成，需要其它方法和措施來(lái)除去粉塵。這也就決定了通風(fēng)在煤礦井下的主要作用是為工作面供氧，除塵僅僅是通風(fēng)的附帶作用。

EBZ132H型掘進(jìn)機(jī)自帶有自動(dòng)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，在實(shí)際工作中，噴霧降塵效果不佳，噴頭口徑太小，降塵用水又含有不同的雜質(zhì)，容易堵塞噴頭；加上掘進(jìn)機(jī)滾筒在工作時(shí)，產(chǎn)生高濃度粉塵，容易覆蓋在機(jī)頭噴頭上形成沉積，造成噴頭堵塞。基于以上原因，22608副巷綜掘工作面的掘進(jìn)機(jī)噴霧效果并不能達(dá)到理想要求，急需采取其他有效的降塵措施。

除塵風(fēng)機(jī)能耗大，一次性投資大，設(shè)備自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大、較笨重、處理風(fēng)量有限，而且風(fēng)險(xiǎn)高，效率低。

綜上所述，官地礦中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面仍需采取更加符合該面實(shí)際情況的降塵措施。

3 技術(shù)研究分析

從官地礦中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面的實(shí)際出發(fā)，分析了粉塵產(chǎn)生機(jī)理，應(yīng)用CFD技術(shù)分析了粉塵的運(yùn)移規(guī)律。通過(guò)對(duì)泡沫降塵機(jī)理的分析，研究適合于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的泡沫降塵系統(tǒng)，確定符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求的應(yīng)用工藝和參數(shù)，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。具體包括以下內(nèi)容：

1）研究官地礦綜掘工作面粉塵產(chǎn)生與分布規(guī)律：數(shù)值模擬22608副巷綜掘工作面粉塵沿程分布及運(yùn)移規(guī)律，為優(yōu)化、改進(jìn)泡沫降塵技術(shù)工藝，進(jìn)一步提升泡沫降塵裝備系統(tǒng)性能和降塵效率提供依據(jù)。

2）泡沫降塵工藝研究：根據(jù)官地礦綜掘面的實(shí)際情況，及目前使用的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)尺寸，結(jié)合已有泡沫降塵裝置，設(shè)計(jì)構(gòu)建適合于該礦掘進(jìn)機(jī)使用的泡沫噴頭及支架，達(dá)到多個(gè)泡沫噴頭協(xié)同作業(yè)，提高除塵效果，并在實(shí)驗(yàn)室完成裝置相關(guān)技術(shù)參數(shù)的測(cè)定及泡沫降塵應(yīng)用工藝的設(shè)計(jì)。

3）工業(yè)性試驗(yàn)：研究確定泡沫降塵裝置在22608副巷掘進(jìn)工作面最佳安裝位置和連接方式。開(kāi)展井下工業(yè)性降塵試驗(yàn)，分析應(yīng)用效果，進(jìn)一步優(yōu)化降塵工藝。

4 泡沫降塵系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布置

官地煤礦中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面掘進(jìn)采用的是EBZ132型掘進(jìn)機(jī)，切割方式為縱軸式。在實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備設(shè)備是：發(fā)泡一體化裝置、泡沫分配器、噴頭和堵頭。官地礦制作的部件還有：噴頭支架、發(fā)泡一體化裝置的安裝機(jī)構(gòu)。

泡沫降塵系統(tǒng)的布置情況見(jiàn)圖1。

降塵所用水流為原降塵用水的一部分，氣源為壓風(fēng)的一部分。風(fēng)水一體閥門(mén)的兩個(gè)接口分別與水管和風(fēng)管連接，發(fā)泡劑添加裝置和發(fā)泡劑箱相連，依靠水管中水流的動(dòng)力把發(fā)泡劑添加至水管中，風(fēng)水一體

閥門(mén)出口端的壓風(fēng)管接到發(fā)泡器上，連接管路都用直徑為19 mm的高壓膠管，發(fā)泡器、發(fā)泡劑添加裝置和發(fā)泡劑箱連成一體，固定在掘進(jìn)機(jī)臺(tái)面上，生成的泡沫采用直徑為50 mm的膠管輸送至泡沫分配器的入口，裝有泡沫噴頭的噴頭支架由膠管和分配器的出口端連接，最后由噴頭噴灑至產(chǎn)塵點(diǎn)，抑制粉塵的擴(kuò)散。裝置布置在司機(jī)側(cè)，系統(tǒng)各管路及其之間的連接尺寸見(jiàn)表1。

圖1 系統(tǒng)的安裝與布置示意圖

表1 泡沫降塵系統(tǒng)管路系統(tǒng)配件表

由于掘進(jìn)工作面的產(chǎn)塵點(diǎn)主要在掘進(jìn)機(jī)的截割處，所以，泡沫噴頭的布置重點(diǎn)是掘進(jìn)機(jī)截割頭的上部和兩翼，因此，在上部和兩翼共布置了5個(gè)噴頭。噴頭所噴出泡沫的擴(kuò)散形式分別為：上部噴頭呈水平扇形分布噴出，左右兩翼的4個(gè)噴頭呈傾斜扇形噴出，噴頭擴(kuò)散角度均為45°。最后把水管和風(fēng)管連接到發(fā)泡器上，把發(fā)泡器和泡沫噴頭接通。

實(shí)施泡沫降塵有兩個(gè)必要的條件，一是水的流量和壓力，流量為1 m3/h，壓力為0．2～0．7 MPa。二是壓風(fēng)管路壓力和流量，壓力為0．2～0．7 MPa，流量為40～80 m3/h。

泡沫降塵系統(tǒng)的實(shí)施步驟：

1）設(shè)備檢查。為保證泡沫降塵系統(tǒng)順利穩(wěn)定運(yùn)行。有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，首先是供水和壓風(fēng)管路的壓力和流量是否在泡沫降塵系統(tǒng)的要求范圍之內(nèi)；其次是發(fā)泡劑添加裝置、發(fā)泡器和泡沫分配器是否存在漏水漏氣及封堵等非正常狀態(tài)；最后是噴頭支架是否固定在適當(dāng)位置，噴頭的安裝數(shù)量及安裝位置能否滿(mǎn)足需求。

2）系統(tǒng)運(yùn)行。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始截割前應(yīng)開(kāi)啟風(fēng)水一體閥門(mén)，提前依次使用壓風(fēng)和清水沖洗管路。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始截割時(shí)，打開(kāi)發(fā)泡劑添加裝置的閥門(mén)，發(fā)泡劑被添加到供水管路中，并和水一起被輸送到發(fā)泡器，制備出泡沫。泡沫進(jìn)入分配器，再經(jīng)噴頭噴灑至產(chǎn)塵點(diǎn)。

3）系統(tǒng)的調(diào)整。在泡沫降塵系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生泡沫的發(fā)泡情況，調(diào)節(jié)發(fā)泡劑添加裝置上的閥門(mén)，使發(fā)出的泡沫達(dá)到最佳黏度和機(jī)械彈性強(qiáng)度。一般情況下，需把發(fā)泡劑的添加比例調(diào)節(jié)至0．9%。除此之外，應(yīng)根據(jù)泡沫對(duì)掘進(jìn)機(jī)切割滾筒的覆蓋情況，調(diào)整噴頭的位置和角度，直至泡沫將整個(gè)滾筒完全覆蓋為止。

5 應(yīng)用效果分析

泡沫降塵系統(tǒng)在該礦中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面安裝后，進(jìn)行了一系列觀(guān)測(cè)試驗(yàn)。主要在司機(jī)處布置了粉塵濃度測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)出了無(wú)措施時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度、外噴霧降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度、泡沫降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度各6組數(shù)據(jù)，最終取各種情況下有效數(shù)據(jù)各3組進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)比分析可知，外噴霧降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度可分別達(dá)到351．7 mg/m3和152．2 mg/m3，降塵效率分別為55．4%和57．6%。而泡沫降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度分別為180．7 mg/m3和83 mg/m3，降塵效率分別為77．1%和76．9%。從所測(cè)得數(shù)據(jù)來(lái)看，泡沫降塵與噴霧降塵相比，對(duì)全塵和呼吸性粉塵的降塵效果明顯。

6 結(jié) 論

根據(jù)官地煤礦中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面的實(shí)際，對(duì)其產(chǎn)塵規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究確定了符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的泡沫降塵系統(tǒng)，最后在工作面現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建了泡沫降塵系統(tǒng)并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）CFD數(shù)值模擬研究表明，粉塵在中六采區(qū)22608副巷掘進(jìn)工作面截割處產(chǎn)生后，順風(fēng)流方向流動(dòng)，并橫向擴(kuò)散，距離掘進(jìn)工作面越遠(yuǎn)，粉塵的濃度越小，斷面橫向分布越均勻，達(dá)到一定距離后趨于穩(wěn)定；粉塵濃度在掘進(jìn)頭回風(fēng)側(cè)達(dá)到最大。

表2 降塵效率的比較表

2）通過(guò)對(duì)泡沫降塵技術(shù)機(jī)理的分析可以發(fā)現(xiàn)，泡沫降塵技術(shù)發(fā)揮作用的關(guān)鍵之一是能否使泡沫與粉塵有效地接觸，從而有效地捕捉粉塵。

3）根據(jù)掘進(jìn)工作面粉塵的產(chǎn)生與運(yùn)移規(guī)律，構(gòu)建了中六采區(qū)22608副巷高效泡沫降塵系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)泡沫降塵效率和噴霧降塵進(jìn)行對(duì)比，在司機(jī)側(cè)泡沫降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度分別為180．7 mg/m3和83 mg/m3，降塵效率分別為77．1%和76．9%。有效地降低了井下掘進(jìn)工作面的粉塵濃度，保障了礦工的身體健康和礦井的安全生產(chǎn)。

Research on Foam Dust Fall Technology in Tunneling Face

Deng Yun-wu

With the application of fully mechanized digging and mining technology，dust concentration increased sharply，seriously affects the health of workers and the safety production in coal mine．Through the analysis on the mechanism of foam dust fall，dust generation mechanism，dust migration law and etc．，the foam dust fall system to suitable for field application is studied．Makes the foam and dust effectively contacts，thereby effectively catches dust，achieves the purpose of efficient dust removal，eliminating safe hidden trouble，reducing the dust concentration in tunneling face of underground and guaranteeing the health of workers．

Tunneling face；Foam dust fall technology；Research

TD714+．4

B

1672-0652（2013）07-0038-04

2013-04-11

鄧云武（1964—），男，山西平遙人，1984年畢業(yè)于大同煤校，工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作（E-mail）xxzxhubo＠163．com