巖巷綜掘工作面除塵系統(tǒng)

劉 利

（徐州礦務(wù)集團(tuán) 旗山煤礦，江蘇 徐州 221132）

目前國(guó)內(nèi)巖巷綜掘工作面的除塵系統(tǒng)尚不完備，除塵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定要求，綜掘機(jī)的內(nèi)噴效果達(dá)不到規(guī)定要求，一般只是停留在增加外噴霧及綜合防塵的措施上。因此，降低煤礦巖巷掘進(jìn)期間的巖塵濃度，開(kāi)展煤礦除塵技術(shù)的研究，對(duì)遏制礦塵危害，保障礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 綜掘機(jī)主要技術(shù)特征

巷道掘進(jìn)選用英國(guó)生產(chǎn)的多科LH1500掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)主要用于煤巖硬度f(wàn)≤12的巖石及軟巖的巷道掘進(jìn)。截割范圍：最大高度5.0m；最大寬度7.26m；經(jīng)濟(jì)截割斷面可達(dá)33m2；可截割巖石的最大單向抗壓強(qiáng)度80 MPa，生產(chǎn)能力：F13-8m3／h，爬坡能力±18°，重量約80t，總功率為450kW，截割頭轉(zhuǎn)速為33r／min，供電電壓為1140V。

2 旗山煤礦綜掘工作面概況

旗山煤礦-850m 東二軌道大巷巖巷綜掘工作面，全長(zhǎng)652m，巷道設(shè)計(jì)規(guī)格（凈）為寬4.4m，高3.4 m，坡度3‰；巷道設(shè)計(jì)為半圓拱形，迎頭采用全硬巖綜掘成套設(shè)備進(jìn)行破巖、運(yùn)矸、裝矸；巷道截割達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，按錨、梁、網(wǎng)+錨索進(jìn)行支護(hù)（注：迎頭頂板巖性較差時(shí)，按初噴、錨、梁、網(wǎng)+錨索進(jìn)行支護(hù)）。前期約40m 巷道采取炮掘，達(dá)到安裝掘進(jìn)機(jī)條件后，采用綜掘。

采用巖巷掘進(jìn)機(jī)破巖，使用SDJ-150型膠帶輸送機(jī)1部、SB隔爆梭車、5t蓄電池式電瓶車和1t礦車若干相互配合進(jìn)行排矸。掘進(jìn)工程中，采取臺(tái)階式向前推進(jìn)，每循環(huán)進(jìn)尺2.1m，下臺(tái)階高度0.9m，長(zhǎng)度保持3～5m，掘進(jìn)機(jī)從巷道工作面下臺(tái)階開(kāi)始破巖裝矸，直至全斷面按巷道輪廓線全部截割成型后，按照找掉、敲幫問(wèn)頂，安裝臨時(shí)支護(hù)，使用3根撅頂?shù)篮?棵液壓式金屬安全點(diǎn)柱作為臨時(shí)支護(hù)，撅頂?shù)篮桶踩c(diǎn)柱相互配合使用，然后進(jìn)行拱部支護(hù)，打注錨桿時(shí)由正頂向兩幫進(jìn)行，幫錨支護(hù)可滯后迎頭5 m 施工，但空幫高度距巷道底板不得大于1.5m；掘進(jìn)過(guò)程中迎頭巖性較好時(shí)，巷道不初噴。巖性較差時(shí)，采取初噴，并另行補(bǔ)充施工措施。

3 巖巷綜掘工作面除塵系統(tǒng)

充分利用風(fēng)流流動(dòng)原理從技術(shù)上采取各種措施、手段，控制風(fēng)流流向，達(dá)到除塵目的。

通過(guò)安設(shè)附壁風(fēng)筒與壓入式風(fēng)筒配合使用，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前方炮頭附近的進(jìn)風(fēng)口處建立起超濃度粉塵空氣幕，控制懸浮粉塵向巷道后方擴(kuò)散，使含塵氣流只能沿布置在司機(jī)前方的除塵風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口吸入除塵器，經(jīng)過(guò)高效率的除塵裝置吸附、水洗，保證除塵效果。

系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1，使用2臺(tái)高效除塵風(fēng)機(jī)（一用一備），除塵風(fēng)機(jī)安裝在距離迎頭不超過(guò)60m 的巷道內(nèi)，并連接抽出式彈簧風(fēng)筒，抽出式彈簧風(fēng)筒安裝在風(fēng)機(jī)壓入式風(fēng)筒的另一側(cè)，抽出式彈簧風(fēng)筒吸風(fēng)口距離迎頭2～5m，同時(shí)在壓入式風(fēng)筒上安裝附壁風(fēng)筒，附壁風(fēng)筒相對(duì)于除塵風(fēng)機(jī)為迎頭方向，距離除塵風(fēng)機(jī)10～15m 的范圍內(nèi)，掘進(jìn)工作面掘進(jìn)施工時(shí)，打開(kāi)附壁風(fēng)筒，開(kāi)啟除塵風(fēng)機(jī)，壓入式風(fēng)筒風(fēng)流從附壁風(fēng)筒流出，經(jīng)過(guò)掘進(jìn)施工地點(diǎn)，將掘進(jìn)工作面迎頭產(chǎn)生的粉塵經(jīng)過(guò)抽出式彈簧風(fēng)筒帶入除塵風(fēng)機(jī)，經(jīng)除塵風(fēng)機(jī)過(guò)濾后，排入回風(fēng)道內(nèi)。施工人員處于新鮮風(fēng)流之中，保障了職工最大限度的少吸入粉塵。為確保除塵風(fēng)機(jī)除塵效果，要求每天對(duì)除塵風(fēng)機(jī)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。

系統(tǒng)構(gòu)成：增加了2臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)（一用一備），一趟與除塵風(fēng)機(jī)配套的彈簧風(fēng)筒，與壓入式風(fēng)筒配套的附壁風(fēng)筒。

圖1 系統(tǒng)原理

4 方案實(shí)施

1）-850m 東二軌道大巷掘進(jìn)，采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率30×2kW，風(fēng)筒直徑800 mm，迎頭風(fēng)量為340 m3／min，掘進(jìn)機(jī)未進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 掘進(jìn)機(jī)未進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)系統(tǒng)

2）當(dāng)掘進(jìn)迎頭進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，打開(kāi)附壁風(fēng)筒風(fēng)門(mén)，開(kāi)啟除塵風(fēng)機(jī)，除塵風(fēng)機(jī)工作時(shí)，連接除塵風(fēng)機(jī)的彈簧風(fēng)筒將迎頭的含塵空氣吸入彈簧風(fēng)筒內(nèi)，在迎頭產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，從附壁風(fēng)筒出來(lái)的清潔空氣，在迎頭負(fù)壓的作用下一部分從附壁風(fēng)筒出風(fēng)口往迎頭方向流動(dòng)，經(jīng)彈簧風(fēng)筒，進(jìn)入除塵風(fēng)機(jī)，經(jīng)除塵后排入回風(fēng)流，使得掘進(jìn)迎頭施工人員始終處于新鮮空氣之中，粉塵得到有效的控制；多余的風(fēng)量從附壁風(fēng)筒出風(fēng)口出來(lái)后，往回風(fēng)流方向流動(dòng)，解決了附壁風(fēng)筒至除塵風(fēng)機(jī)之間巷道用風(fēng)的問(wèn)題，系統(tǒng)參見(jiàn)圖1。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，-850m 東二軌道大巷在此期間，各檢測(cè)點(diǎn)全塵、呼吸性粉塵濃度如表1所示。

表1 各檢測(cè)點(diǎn)全塵、呼吸性粉塵濃度（mg／m3）

5 存在問(wèn)題與改進(jìn)措施

方案經(jīng)實(shí)施后存在以下問(wèn)題：

（1）彈簧風(fēng)筒安設(shè)在掘進(jìn)機(jī)二運(yùn)上，掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)容易出現(xiàn)彈簧風(fēng)筒破口、脫節(jié)、連接困難等問(wèn)題。

（2）當(dāng)掘進(jìn)機(jī)切割速度快時(shí)，除塵風(fēng)機(jī)不能有效吸收施工迎頭含塵空氣，含塵空氣向外擴(kuò)散，除塵效果低，施工環(huán)境差。

（3）防塵水水質(zhì)差，經(jīng)常出現(xiàn)堵塞掘進(jìn)機(jī)噴嘴情況，使掘進(jìn)機(jī)噴霧霧化效果差，降低了除塵效率。

（4）雖然粉塵得到了有效的控制，但回風(fēng)流粉塵濃度仍然超過(guò)了《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的允許濃度。

（5）除塵風(fēng)機(jī)出水口位于二運(yùn)皮帶上方，水直接流到了二運(yùn)皮帶上，影響施工。

針對(duì)上述存在問(wèn)題，采取了一些措施進(jìn)行處理。

1）掘進(jìn)迎頭粉塵濃度控制

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察、測(cè)量，當(dāng)掘進(jìn)迎頭切割量大時(shí)，粉塵得不到有效的稀釋，為此采取了以下措施：

（1）安裝了一道高效噴霧裝置，噴霧針對(duì)截割頭進(jìn)行噴灑，從源頭上降低粉塵濃度，確保除塵效果。

（2）粉塵濃度監(jiān)控系統(tǒng)：在高效噴霧裝置后安裝粉塵濃度監(jiān)測(cè)監(jiān)控裝置（F1），并通過(guò)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度，且具備粉塵濃度超標(biāo)自動(dòng)斷電功能，當(dāng)通過(guò)高效噴霧后的粉塵濃度超過(guò)10.0mg／m3時(shí)，立即切斷掘進(jìn)機(jī)電源。

2）回風(fēng)流粉塵濃度控制

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，回風(fēng)流的粉塵濃度為全塵：28.6mg／m3，呼塵12.0mg／m3，超過(guò)了《煤礦安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，為此采取了以下措施：

（1）安裝高效降塵水幕：在綜掘工作面迎頭后方40～100m 范圍內(nèi)安裝了4道高效降塵水幕；水幕封閉巷道全斷面，四周接觸嚴(yán)密，在高效降塵水幕前方安裝高效凈化噴霧，霧化效果好，含塵空氣通過(guò)降塵水幕時(shí)，粉塵能夠得到有效的沉降；降塵水幕下方連接水溝，廢水能得到及時(shí)排除，保證了掘進(jìn)工作面的文明生產(chǎn)。

隔塵水幕當(dāng)人員及車輛通過(guò)時(shí)拉開(kāi)紗門(mén)，人員及車輛不通過(guò)時(shí)關(guān)閉紗門(mén)，隔塵水幕見(jiàn)圖4。

圖4 隔塵水幕示意

（2）粉塵濃度監(jiān)控系統(tǒng)：為有效監(jiān)測(cè)回風(fēng)流粉塵濃度，達(dá)到降低粉塵濃度的目的，在隔塵水幕后安裝粉塵濃度監(jiān)測(cè)監(jiān)控裝置（F2），并通過(guò)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度，且具備粉塵濃度超標(biāo)自動(dòng)斷電功能，當(dāng)通過(guò)隔塵水幕后的粉塵濃度超過(guò)2.0mg／m3時(shí)，立即切斷掘進(jìn)機(jī)電源。

3）隔離措施

為確保高效降塵水幕前方人員健康，為高效降塵水幕前方施工人員配置正壓防塵面罩，正壓防塵呼吸面罩采用油水過(guò)濾、活性炭吸附過(guò)濾、精細(xì)過(guò)濾等三級(jí)過(guò)濾裝置。

6 應(yīng)用效果

在使用了綜合防塵系統(tǒng)后，各檢測(cè)點(diǎn)全塵、呼吸性粉塵濃度如表2所示。

表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)粉塵濃度

從表2可以看出，綜掘工作面司機(jī)處、回風(fēng)流粉塵濃度都有了明顯的降低，達(dá)到了《煤礦安全規(guī)程》要求。

7 結(jié)語(yǔ)

巖巷綜掘工作面除塵系統(tǒng)通過(guò)安設(shè)附壁風(fēng)筒在綜掘機(jī)司機(jī)前方的進(jìn)風(fēng)口處建立起空氣屏幕，控制懸浮粉塵向巷道后方擴(kuò)散，使含塵氣流只能沿布置在司機(jī)前方的進(jìn)風(fēng)口吸入除塵器，保證空氣粉塵含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確保了綜掘工作面的除塵效果，滿足了《煤礦安全規(guī)程》對(duì)粉塵允許濃度的要求；施工人員始終處于新鮮風(fēng)流中，改善了工作面作業(yè)環(huán)境，能見(jiàn)度高，減少了工傷發(fā)生率，降低了職業(yè)病發(fā)病率，社會(huì)效益顯著。安裝較為方便，操作簡(jiǎn)單、快捷，系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定性較好，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。