田莊煤礦掘進(jìn)工作面的煤塵防治綜合防治技術(shù)

劉文杰 張政 劉明

（1山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院 山東青島 2665902山東煤礦安全監(jiān)察局 山東濟(jì)南 2500313山東省煤炭技術(shù)服務(wù)有限公司 山東濟(jì)南 250032）

1 田莊煤礦概況

田莊煤礦為立井開(kāi)拓方式，兩水平開(kāi)采，走向長(zhǎng)壁式布置工作面，主采16上和17層煤；采煤方法為炮采、綜采，單體液壓支柱、綜采支架支護(hù)頂板，冒落法管理頂板。16上煤和17煤煤塵爆炸指數(shù)較高：-167m水平16上煤47.89%，17煤44.06%；-256m水平16上煤43.68%，17煤44.20%。

2 負(fù)壓二次降塵技術(shù)在綜掘機(jī)上的應(yīng)用

利用負(fù)壓二次漿塵裝置可以將綜掘機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中所出現(xiàn)塵量大現(xiàn)象進(jìn)行改善，可以有效緩解工作環(huán)境，對(duì)下一步推廣薄煤層開(kāi)拓掘進(jìn)機(jī)械化奠定了基礎(chǔ)與保障。

2.1 對(duì)負(fù)壓二次降塵裝置進(jìn)行布置

在布置的時(shí)候需要將負(fù)壓二次降塵裝置安放到掘進(jìn)機(jī)的面板之上，并且將順槽之內(nèi)的供水管作為主要的供水設(shè)備。其中噴嘴的水壓是應(yīng)用井上與井下兩個(gè)環(huán)境下所形成的靜壓，壓強(qiáng)為4MPa～5MPa，且噴嘴的形狀為錐形，通常情況下以四個(gè)噴嘴為一組，在左右兩側(cè)各設(shè)置一組。

2.2 計(jì)算含塵氣流的除塵濾

在負(fù)壓二次降塵裝置中的塵粒與霧粒呈現(xiàn)反比關(guān)系，與液氣的速度、筒體的長(zhǎng)度呈正比。經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)測(cè)定，在負(fù)壓二次降塵裝置中所包含除塵率為100%。

2.3 距離所造成的影響

通過(guò)對(duì)負(fù)壓二次噴嘴性能參數(shù)的了解可以清楚得知：如果負(fù)壓二次噴嘴距離切割滾筒比較遠(yuǎn)，那么負(fù)壓二次噴霧水流無(wú)法得到全面擴(kuò)散與開(kāi)展，這種情況下會(huì)導(dǎo)致負(fù)壓區(qū)域變的比較狹小，相對(duì)應(yīng)的水流、粉塵以及氣流之間的混合效果不容樂(lè)觀。除此之外，在這種情況下，如果當(dāng)水流在靠近煤壁的時(shí)候速度比較快，那么則會(huì)引發(fā)二次揚(yáng)塵。根據(jù)筆者調(diào)查與研究，當(dāng)距離保持在2m左右的時(shí)候除塵效果最明顯。

2.4 水壓所帶來(lái)的影響

當(dāng)負(fù)壓二次降塵裝置的水壓越高，那么所形成的負(fù)壓區(qū)域會(huì)變大，相應(yīng)的霧化效果也會(huì)比較明顯，在這種情況下，無(wú)論是除塵還是控塵效果都比較明顯。但是從另一個(gè)角度分析，如果霧粒的直徑變得越來(lái)越小，那么則極容易被風(fēng)流所吹散，會(huì)形成氣霧現(xiàn)象，對(duì)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的視力會(huì)產(chǎn)生影響。所以，在積極保證降塵效果的同時(shí)，還要對(duì)供水的壓力進(jìn)行降低，以此用來(lái)保證掘進(jìn)機(jī)司機(jī)在工作中視線清晰。根據(jù)調(diào)查研究，當(dāng)水壓設(shè)置在5MPa的時(shí)候最佳。

根據(jù)對(duì)使用負(fù)壓二次降塵裝置之后的數(shù)據(jù)顯示，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置處的總粉塵降塵效率達(dá)81%，距迎頭20m處的總粉塵降塵效率84.3%，這兩個(gè)數(shù)據(jù)表明利用該裝置能夠改善粉塵濃度。

3 除塵器的研究與應(yīng)用

工作面配備除塵器，在緊靠工作面的掘進(jìn)機(jī)司機(jī)座位前方，需要配備吸氣罩，并且將掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程之中所形成的高濃度粉塵引入到巷道的后方，利用除塵器進(jìn)行凈化，并及時(shí)將已經(jīng)凈化好的空氣排到巷道內(nèi)。此外，在除塵器的內(nèi)部安裝噴霧凈化以及過(guò)濾網(wǎng)，可以提高凈化效果，保證除塵效果達(dá)到90%以上。

假如所設(shè)置的除塵器吸塵口的距離與掘進(jìn)機(jī)距離比較近，那么則會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)所產(chǎn)生的大量粉塵會(huì)被風(fēng)流所帶走，并且會(huì)將比較粗的粉塵吸入到除塵器之中，導(dǎo)致除塵器換洗次數(shù)比較多。此外，如果所設(shè)置的除塵器吸塵口的距離與掘進(jìn)機(jī)距離比較元，那么在整個(gè)工作過(guò)程中所形成的粉塵會(huì)經(jīng)過(guò)司機(jī)之后才會(huì)被吸入到除塵器之中，這種情況會(huì)對(duì)司機(jī)的身體健康產(chǎn)生危害。經(jīng)過(guò)測(cè)試與研究，將除塵器與掘進(jìn)機(jī)的距離設(shè)置在3m左右最佳。

眾所周知，井上與井下的工作環(huán)境不同，井下工作條件具有一定的危險(xiǎn)性與特殊性，所以要求除塵設(shè)備要具備方便性與便捷性。在保證除塵設(shè)備與掘進(jìn)機(jī)共同前進(jìn)的同時(shí)，也在一定程度上減少工作的勞動(dòng)力度。筆者所在礦井主要采取的除塵器的安裝方式考慮到了生產(chǎn)作業(yè)條件，經(jīng)過(guò)反復(fù)探索，將除塵器安置在皮帶上方，吸塵口安裝在綜掘機(jī)司機(jī)前方，它們之間用伸縮風(fēng)筒連接，這樣在掘進(jìn)機(jī)上方形成獨(dú)立的除塵系統(tǒng)，基本上不影響掘進(jìn)工人工作。

在除塵器正常運(yùn)行之前，需要利用軟管將除塵器水箱之中所存在的污水進(jìn)行排放，并注入干凈的清水。等到除塵設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間之后，需要再次進(jìn)行污水處理，總體而言，這種操作比較簡(jiǎn)單。另外，對(duì)于除塵設(shè)備、掘進(jìn)機(jī)的供電線路要有風(fēng)電閉鎖等裝置，如果局部風(fēng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法進(jìn)行操作的時(shí)候，除塵設(shè)備會(huì)在短時(shí)間內(nèi)斷電，并即刻停止運(yùn)作。等到風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者瓦斯?jié)舛确蠘?biāo)準(zhǔn)之后，除塵設(shè)備的開(kāi)關(guān)才會(huì)正常啟動(dòng)。

4 工作面吸氧裝置

4.1 綜掘工作面吸氧裝置

綜掘工作面吸氧裝置如圖1所示，由呼吸口罩、風(fēng)管、空氣減壓過(guò)濾裝置、壓力表等組成。工作原理：綜掘工作面吸氧工作裝置原理利用壓風(fēng)管路的新鮮空氣作為氧氣源，通過(guò)空氣減壓過(guò)濾裝置凈化空氣和減小空氣的壓力，然后通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管將新鮮空氣送入呼吸口罩，供綜掘機(jī)司機(jī)等固定崗位人員呼吸，呼出的二氧化碳等氣體可以通過(guò)呼吸口罩上的排氣管排出。

防護(hù)效果：采用吸氧裝置后，隔絕了外部環(huán)境中的煤塵，使工作人員大大地減少了對(duì)粉塵的吸入，從而減少塵肺病的發(fā)生率。

圖1 綜掘工作面吸氧裝置

4.2 炮掘工作面氧吧

炮掘工作面氧吧如圖2所示，由安全硐室、三通、風(fēng)筒組成。

工作原理：將軟質(zhì)風(fēng)筒90°三通及供風(fēng)開(kāi)啟裝置安設(shè)在掘進(jìn)工作面安全硐室內(nèi)，掘進(jìn)正常供風(fēng)情況下，供風(fēng)開(kāi)啟裝置處在關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)掘進(jìn)迎頭爆破作業(yè)前，迎頭工作人員進(jìn)入吸氧硐室，掀起供風(fēng)開(kāi)啟裝置反鎖扣，打開(kāi)供風(fēng)口向吸氧硐室內(nèi)供風(fēng)供氧。當(dāng)爆破作業(yè)結(jié)束，炮煙排凈后，工作人員關(guān)閉供風(fēng)開(kāi)啟裝置并用反鎖扣上供風(fēng)開(kāi)啟板。

防護(hù)效果：采用氧吧后，防止了工作人員在爆破時(shí)處在炮煙和粉塵中，杜絕了炮煙和粉塵的吸入，減少了外部環(huán)境中的粉塵和炮煙的危害，降低了塵肺病的發(fā)病率。

圖2 炮掘工作面氧吧

5 水聯(lián)動(dòng)放炮噴霧裝置

風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，由供水管路及閥門(mén)、供風(fēng)管路及閥門(mén)、噴頭、聯(lián)動(dòng)控制閥、高壓管路等組成，構(gòu)成供水和供風(fēng)兩個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)水閥門(mén)調(diào)節(jié)供水供風(fēng)狀況，形成風(fēng)水聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧裝置。

工作原理：利用縫的壓力實(shí)現(xiàn)水源與風(fēng)力的整合，保證風(fēng)與水能夠在相互補(bǔ)充下獲得動(dòng)能。改變了以往單一只靠水壓、噴霧距離短、霧化效果不理想的現(xiàn)象，并且還會(huì)加大稅務(wù)，縮小霧滴，擴(kuò)大噴射距離，具有良好的除塵效果。

防塵效果：在5612中順使用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧裝置后，增加了噴霧距離、霧化效果增強(qiáng)，水霧布滿整個(gè)巷道，噴霧噴射距離達(dá)到10m以上，可以讓粉塵濕潤(rùn)，降低井下粉塵的濃度，提高降塵效果，根據(jù)研究，這種裝置的除塵率可以達(dá)到50%以上，具有良好的除塵效果。此外，該裝置在安裝的時(shí)候比較簡(jiǎn)單，可以在各大地區(qū)進(jìn)行推廣。此外，使用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧裝置，在提高除塵效果的同時(shí)，也能夠改善井下的環(huán)境，在保障工作人員身體健康的同時(shí)，可以減少工作人員發(fā)病幾率，具有良好的社會(huì)效益。

6 粉塵在線監(jiān)測(cè)與噴霧的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

粉塵濃度自動(dòng)噴霧裝置如圖4所示，由主機(jī)、監(jiān)控分站、粉塵濃度傳感器、控制器、電磁閥、凈化水幕等組成。

圖4 粉塵濃度自動(dòng)噴霧裝置示意圖

工作原理：凈化水幕在正常情況下是常閉狀態(tài)，如果粉塵的濃度要高于標(biāo)準(zhǔn)值之后，控制器則會(huì)發(fā)出信號(hào)，對(duì)電源箱之內(nèi)固態(tài)繼電器造成影響，甚至可以及時(shí)打開(kāi)控制噴霧的電磁閥，這樣一來(lái)，便可以開(kāi)始實(shí)施除霧。另外，如果當(dāng)粉塵的濃度低于標(biāo)準(zhǔn)要求的時(shí)候，控制器則會(huì)發(fā)出信號(hào)，關(guān)閉設(shè)備，所有的繼電器也會(huì)得到關(guān)閉，噴霧除塵工作也會(huì)即刻停止。

系統(tǒng)功能包括：（1）粉塵濃度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控實(shí)現(xiàn)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)粉塵濃度和粉塵濃度超限報(bào)警功能；（2）如果粉塵的濃度>10mg/m3時(shí)，那么則可以實(shí)施自動(dòng)噴霧，當(dāng)粉塵濃度下降到報(bào)警濃度之后，噴霧才會(huì)停止工作，報(bào)警器才會(huì)停止。（3）與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)之后，在監(jiān)控系統(tǒng)之中可以對(duì)井下粉塵的變化狀態(tài)有所了解，并且能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，然后結(jié)合數(shù)據(jù)繪制報(bào)表曲線，這樣一來(lái)，才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，才能實(shí)現(xiàn)了地面監(jiān)測(cè)及信息處理功能。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)田莊煤礦煤塵具有較高爆炸指數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)其掘進(jìn)工作面和主要運(yùn)輸巷的煤塵防治技術(shù)進(jìn)行了研究，采取了多項(xiàng)防塵措施，使得各采掘工作面和主要運(yùn)輸巷的粉塵濃度得到了有效的控制，不僅改善了井下采掘進(jìn)工作面的作業(yè)環(huán)境，保護(hù)了員工的身體健康，還有效促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王德明主編.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[2]中國(guó)煤礦安全監(jiān)察局主編.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2014.

[3]徐永忻主編.采礦學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[4]金龍哲主編.礦井粉塵防治理論[M].北京:新華出版社,2010.

[5]趙鐵錘主編.礦井粉塵防治技術(shù) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.