山西某礦工作面回采期間粉塵分布規(guī)律的研究

郭惠宇，楊 濤，索誠宇，陳 鵬

(1.西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司官地礦，山西 太原 030053；2華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 101601)

山西某礦工作面回采期間粉塵分布規(guī)律的研究

郭惠宇1，楊 濤2，索誠宇2，陳 鵬2

(1.西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司官地礦，山西 太原 030053；2華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 101601)

為了研究工作面回采期間粉塵的分布規(guī)律，在山西某煤礦X1324工作面回采期間測(cè)定了呼吸性粉塵、全塵和其他粒徑粉塵的濃度。得出如下分布規(guī)律：進(jìn)風(fēng)巷各類粉塵濃度在30 mg/m3左右；粉塵濃度在采煤機(jī)組下風(fēng)側(cè)5 m處達(dá)到最大值，其中呼吸性粉塵濃度最大值453.7 mg/m3，粉塵全塵濃度最大值550.09 mg/m3，其余粒徑粉塵濃度最大值在550～600 mg/m3之間；回風(fēng)巷處各類粉塵濃度明顯降低，但比進(jìn)風(fēng)巷粉塵濃度高，輔回風(fēng)巷粉塵濃度先增加后減小，在距離工作面330m處濃度達(dá)到極值，在此之后逐漸降低。主回風(fēng)巷中分成濃度在很小范圍內(nèi)波動(dòng)。

呼吸性粉塵;全塵;分布規(guī)律;下風(fēng)側(cè);極值

0 引言

井下煤礦粉塵有引發(fā)塵肺病、煤塵爆炸、自燃和損壞設(shè)備、降低現(xiàn)場(chǎng)可見度等諸多危害[1-4]。隨著采煤機(jī)械化水平的提高,井下工作面的粉塵產(chǎn)量也越來越大,嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)和礦井井下工人的身體健康。采煤工作面是井下產(chǎn)生粉塵的主要場(chǎng)所之一，其產(chǎn)塵量約占礦井產(chǎn)塵量的60%[5-8]。煤礦工人長(zhǎng)期吸入粉塵，就會(huì)誘發(fā)塵肺病。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前，全國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦塵肺病患者累計(jì)達(dá)20余萬人,占全國(guó)塵肺病患者的一半,每年塵肺病患者死亡人數(shù)是煤礦工人死亡人數(shù)的5倍。全國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦職工平均塵肺病患病率為6.33% ,比西方發(fā)達(dá)國(guó)家高出約5%。此外，煤塵還具有爆炸性，嚴(yán)重威脅煤礦工人的生命安全。

因此,研究工作面回采期間過程中粉塵的分布規(guī)律對(duì)治理煤礦粉塵、減少粉塵危害具有重要的意義。

1 工作面概況

X1324北為二水平主皮帶巷及二水平主回風(fēng)巷(均已掘)，南為1#水文孔預(yù)留煤柱，東為X2302工作面(已回采)，西為未采區(qū)，上覆為3#煤4305工作面。工作面采用傾斜長(zhǎng)臂一次采全高自然跨落后退式綜合機(jī)械化采煤方法。本工作面所采煤層為9#煤，煤質(zhì)為焦煤，可采走向長(zhǎng)947.1 m，傾斜長(zhǎng)度為177.7 m，面積為168299.67 m2，煤層厚度0.50～2.10 m，平均1.40 m，煤層傾角4°～7°，平均5.5°。

2 測(cè)塵方案設(shè)計(jì)

2.1 儀器與方法的選擇

根據(jù)GB5748-85，選用AFC-20A型定點(diǎn)粉塵測(cè)定儀，測(cè)定粉塵的分散度；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)塵源特點(diǎn)，為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確，采用了經(jīng)過產(chǎn)品檢驗(yàn)合格的防爆型粉塵呼吸性粉塵和全塵采樣器儀器測(cè)定粉塵濃度和粒徑。

粉塵濃度的測(cè)定方法，主要有計(jì)數(shù)法和質(zhì)量法，目前，以質(zhì)量法為主，其原理是抽取一定體積的含塵空氣，將粉塵阻留在已知質(zhì)量的濾膜上，由采樣后濾膜的增量，求出單位體積空氣中粉塵的質(zhì)量(mg/m3)。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)AQ 4205—2008、GBZ/T 192—2007、煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)危害防治規(guī)定和測(cè)試選點(diǎn)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，采樣點(diǎn)要求布在距離煤壁1.0～1.2 m處的呼吸帶上沿程布置，采樣的地點(diǎn)見圖1所示。

圖1 進(jìn)風(fēng)巷、工作面、回風(fēng)巷布點(diǎn)示意圖

具體測(cè)點(diǎn)如下：(1)進(jìn)風(fēng)巷轉(zhuǎn)載點(diǎn)進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)10 m處以及在距進(jìn)風(fēng)巷從距工作面端頭10 m處開始每隔100 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)到進(jìn)風(fēng)口。(2)在軌道巷距工作面端頭10 m處開始每隔60 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)到回風(fēng)口；在主回風(fēng)巷距離工作面端頭處10 m處開始為第一個(gè)測(cè)點(diǎn)，往后每個(gè)頂板檢測(cè)奇數(shù)點(diǎn)處為一個(gè)測(cè)點(diǎn)。(3)采煤機(jī)上、下風(fēng)側(cè)5 m處及采煤司機(jī)處各布一個(gè)測(cè)點(diǎn)。(4)在工作面從距工作面端頭開始，液壓支架從1#支架開始每隔5個(gè)支架為一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.3 測(cè)塵過程

檢修班和采煤班分別測(cè)試一次。測(cè)試時(shí)每個(gè)地點(diǎn)測(cè)試三次，記錄測(cè)試數(shù)值、測(cè)試地點(diǎn)及測(cè)試時(shí)間。具體測(cè)試程序如下：(1)用鑷子取下濾膜兩面的夾襯紙，置于天平上稱量，記錄初始質(zhì)量，然后將濾膜裝入濾膜夾，確認(rèn)濾膜無褶皺或裂隙后，放入帶編號(hào)的樣品盒里備用；(2)取出準(zhǔn)備好的濾膜夾，裝入采樣頭中擰緊，采樣時(shí)，濾膜的受塵面應(yīng)迎向含塵氣流。如果迎向含塵氣流無法避免飛濺的泥漿、砂粒對(duì)樣品的污染時(shí)，受塵面應(yīng)該側(cè)向；(3)連續(xù)性產(chǎn)塵作業(yè)點(diǎn)，在作業(yè)開始30 min后；陣發(fā)性產(chǎn)塵作業(yè)點(diǎn)，在工人工作時(shí)采樣；(4)采樣流量為15～40 l/min，濃度較低時(shí)，可適當(dāng)加大流量，但不超過80 l/min。在整個(gè)采樣過程中，流量穩(wěn)定；(5)根據(jù)測(cè)塵點(diǎn)的粉塵濃度估計(jì)值及濾膜上所需粉塵增量的最低值確定采樣的持續(xù)時(shí)間，但一般不得小于10 min(當(dāng)粉塵濃度高于10 mg/m3時(shí)，采氣量不得小于0.2 m3；低于2 mg/m3時(shí)，采氣量為0.5～1 m3)；(6)采樣結(jié)束后，將濾膜從濾膜夾上取下，放在天平上稱量，記錄質(zhì)量。如果采樣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的相對(duì)濕度在90%以上或有水霧存在時(shí)，將濾膜放在干燥器內(nèi)干燥2 h后稱量，并記錄測(cè)定結(jié)果。稱量后再放入干燥器中干燥30 min，再次稱量，當(dāng)相鄰兩次的質(zhì)量差不超過0.1 mg時(shí)，取其最小值。

粉塵濃度按式(1-1)計(jì)算：

C=(m2-m1)/Qt×1000

(1-1)

式中：C—粉塵濃度，mg/m3；ml—采樣前的濾膜質(zhì)量，mg；m2—采樣后的濾膜質(zhì)量，mg；t—采樣時(shí)間，min；Q—采樣流量，l/min。

3 測(cè)塵結(jié)果及分析

對(duì)布點(diǎn)位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)粉塵濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理及分析，得到回采階段的粉塵濃度分布規(guī)律如下：

3.1 呼吸性粉塵濃度分布規(guī)律

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的呼吸性粉塵(粒徑<5 um)沿進(jìn)風(fēng)巷—工作面—回風(fēng)巷(主、輔)的濃度分布規(guī)律如圖2、圖3所示。

圖2 呼吸性粉塵在進(jìn)—工作面—輔回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律圖

圖3 呼吸性粉塵在進(jìn)—工作面—主回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律圖

由圖2、圖3可知，進(jìn)風(fēng)巷呼吸性粉塵濃度一般較低，維持在30 mg/m3以內(nèi)，進(jìn)入工作面以后，其濃度值有所增大，但在采煤機(jī)組上風(fēng)側(cè)5 m處呼吸性粉塵濃度明顯增大，其值為117.14 mg/m3，采煤機(jī)組下風(fēng)側(cè)5 m處呼吸性粉塵濃度達(dá)到453.7 mg/m3， 采煤機(jī)作業(yè)是呼吸性粉塵產(chǎn)生的最主要區(qū)域。經(jīng)過工作面后，在剛進(jìn)入回風(fēng)巷處粉塵濃度明顯降低。

如圖2所示，工作面進(jìn)入輔回風(fēng)巷(軌道巷)后，呼吸性粉塵濃度先增加后降低，在距離工作面330 m處呼吸性粉塵濃度達(dá)到極值，其值是211.814 mg/m3，在此之后其值逐漸降低，在回風(fēng)巷末端呼吸性粉塵濃度依然是110 mg/m3。如圖3所示，主回風(fēng)巷呼吸性粉塵濃度也是先增大，最后基本保持在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，最大達(dá)到75.07 mg/m3。

3.2 粉塵全塵濃度分布規(guī)律

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的全塵(所用粒徑粉塵)沿進(jìn)風(fēng)巷—工作面—回風(fēng)巷(主、輔)的濃度分布規(guī)律如圖4、圖5所示。

圖4、圖5粉塵全塵在進(jìn)風(fēng)巷—工作面—回風(fēng)巷(輔、主)的濃度分布規(guī)律，其濃度分布規(guī)律基本與呼吸性粉塵濃度分布規(guī)律相同，最高濃度點(diǎn)出現(xiàn)在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)5 m處，粉塵濃度值達(dá)到550.09 mg/m3。工作面后向回風(fēng)巷(主、輔)粉塵濃度較進(jìn)風(fēng)巷粉塵濃度高，主回風(fēng)巷粉塵濃度基本在20～40 mg/m3以下范圍波動(dòng)。輔回風(fēng)(軌道巷)粉塵濃度先降低后增大，在工作面向外距離工作面330 m處最高達(dá)到239.11 mg/m3，在末端粉塵濃度依然達(dá)到114.66 mg/m3，相對(duì)較大。

3.3 各粒徑粉塵濃度分布規(guī)律

圖6、圖7為粒徑分別小于1 um、2.5 um、呼吸性粉塵以及10 um的粉塵濃度分布規(guī)律。其粉塵濃度分布規(guī)律基本與呼吸性粉塵和全塵濃度分布規(guī)律基本一致。

圖4 粉塵全塵在進(jìn)—工作面—主回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律圖

圖5 粉塵全塵在進(jìn)—工作面—主回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律圖

圖6 各種粒徑粉塵在進(jìn)—工作面—輔回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律

4 結(jié)論

(1) X1324工作面進(jìn)風(fēng)巷各類粉塵濃度較低，維持在30 mg/m3左右。

(2) X1324工作面之后，其各類粉塵濃度值有所增大，采煤機(jī)組處粉塵濃度顯著增大并在其下風(fēng)側(cè)5 m處達(dá)到最大值，其中呼吸性粉塵濃度最大值453.7 mg/m3，粉塵全塵濃度最大值550.09 mg/m3，其余粒徑粉塵濃度最大值在550～600 mg/m3之間。

(3) X1324工作面回風(fēng)巷處各類粉塵濃度明顯降低，但比進(jìn)風(fēng)巷粉塵濃度高，輔回風(fēng)巷粉塵濃度先增加后減小，在距離工作面330 m處濃度達(dá)到極值，在此之后逐漸降低。主回風(fēng)巷中分成濃度在很小范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖7 各種粒徑粉塵在進(jìn)—工作面—輔主回風(fēng)巷濃度分布規(guī)律

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Distribution of dust during mining operation in coal workface of one coal mine in Shanxi

GUO Hui-yu1,YANG Tao2,SUO Cheng-yu1,CHEN Peng1

(1.Guandicoalmine,XishanCoalandelectricity(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan,030053,China;2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScience&Technology,Yanjiao,101601,China)

In order to study the distribution of dust in the coalface，the concentration of total dust,respirable dust and other sizes of dust were measured at a coal mine in Shanxi.The results were analyzed and show that in the intake roadway the concentration of various dusts are 30 mg/m3; the dust concentration is at its maximum 5 m downwind of the coal cutter and the maximum levels of respirable dust,total dust and other sizes of dust are 453.7 mg/m3,550.09 mg/m3,550～600 mg/m3respectively; the concentration of various dusts that is even higher than the intake roadway’s reduce obviously in the return way; the dust concentration increases gradually and reaches their maximum values at 330 m,then decreases slowly in the auxiliary return roadway.The concentration of dust fluctuates in a small scope in the main return roadway.

respirable dust; total dust; distribution law; downwind; extremum

2016-08-26

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(3142015001，3142015002，3142015105)

郭惠宇(1984-)，男，山西洪洞縣人，碩士，通風(fēng)安全工程師，官地礦抽采區(qū)總支書記。E-mail：tyutghy@163.com

TD714.2

A

1672-7169(2016)05-0023-05