煤礦采煤工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律研究

袁碧波

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030000；2.山西國投塔山煤礦，山西 大同 037000）

煤塵災(zāi)害是礦井五大災(zāi)害之一[1]，煤礦工人長時(shí)間工作在高濃度粉塵環(huán)境下，容易罹患?jí)m肺病、矽肺病等疾病[2,3]。同時(shí)，爆炸性粉塵達(dá)到一定濃度后易發(fā)生粉塵燃燒及爆炸[4]。由于山西國投塔山煤礦回采工作面產(chǎn)塵量大，工藝復(fù)雜，一直是該煤礦粉塵治理的重點(diǎn)、難點(diǎn)[5]。而且，由于對(duì)回采工作面、進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律不清晰，導(dǎo)致多種防塵措施應(yīng)用效果不佳。

因此，本文以山西塔山煤礦為研究對(duì)象，通過對(duì)該礦8360采煤工作面、進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度實(shí)測(cè)，得出全塵和呼吸性粉塵的運(yùn)移規(guī)律，同時(shí)根據(jù)粉塵運(yùn)移規(guī)律，采用噴霧降塵措施，以期使該礦粉塵得到有效治理，為該礦粉塵治理提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 工作面概況

選取山西國投塔山煤礦8360采煤工作面為研究對(duì)象。該工作面采用U型通風(fēng)方式，全長120m，高3.6m，寬4.8m，斷面面積為17.2m2。進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽各長400m，寬5m，高3.6m。采用長壁式開采方式，一次采全高，運(yùn)煤皮帶設(shè)在進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)。

2 粉塵濃度測(cè)定方法

本研究采用計(jì)重法測(cè)量粉塵濃度，使用FCC-25式粉塵濃度測(cè)量?jī)x，在粉塵采樣頭內(nèi)鋪設(shè)已稱重并標(biāo)記的濾膜，通過濾膜吸附粉塵，然后計(jì)算濾膜的增重，除以空氣的流量，得出空氣內(nèi)粉塵的濃度。其中，采用特制采樣頭，將空氣中粒徑大于5μm的粉塵過濾，再通過以上方法，即得出呼吸性粉塵的濃度。其具體計(jì)算如公式（1）所示：

式中：

C-粉塵濃度，mg/m3；

W1-采樣前濾膜重量，g；

W2-采樣后濾膜重量，g；

Q-采樣流量，mL/min；

t-采樣時(shí)間，min。

域間二維路由協(xié)議的報(bào)文設(shè)計(jì)主要是涉及OPEN報(bào)文和UPDATE報(bào)文，剩余的KEEPALIVE報(bào)文和NOTIFICATION報(bào)文不做修改，保持與傳統(tǒng)路由協(xié)議一致。

2.1 采樣點(diǎn)的布置

本研究中粉塵采樣點(diǎn)依據(jù)GBZ/T192.1－2007《工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定 第1部分:總粉塵濃度》和GBZ/T192.2-2007《工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定 第2部分:呼吸性粉塵濃度》中規(guī)定，為了更好地顯示粉塵運(yùn)移規(guī)律的延續(xù)性，適當(dāng)加密測(cè)點(diǎn)數(shù)量。具體測(cè)點(diǎn)布置如下：

（1）采煤工作面：在下隅角布設(shè)采樣點(diǎn)C1，距離下隅角每隔20m布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，依次編號(hào)為C2，C3，C4，C5，C6，C7。

（2）進(jìn)風(fēng)順槽：在下隅角布設(shè)采樣點(diǎn)J1（和C1為同一點(diǎn)），之后每隔100m布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，依次編號(hào)為J2，J3，J4，J5。

（3）回風(fēng)順槽：在上隅角布設(shè)采樣點(diǎn)H1（和C7為同一點(diǎn)），距離上隅角每隔100m布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，依次編號(hào)為H2，H3，H4，H5。

具體采樣點(diǎn)布置示意圖如圖1所示。

圖1 采樣點(diǎn)布置圖

2.2 測(cè)定方法

將一定量的濾膜烘干并稱重，做好標(biāo)記，到井下特定地點(diǎn)，將粉塵采樣器安設(shè)到支架上，并將采樣器高度調(diào)整到1.5m（呼吸帶高度），使采樣頭對(duì)準(zhǔn)風(fēng)流吹來的方向，將采樣時(shí)間預(yù)設(shè)為5min，流量為20mL/min，開啟采煤機(jī)，等巷道內(nèi)粉塵分布均勻，達(dá)到正常工作時(shí)巷道內(nèi)的粉塵濃度時(shí)，開啟采樣器，進(jìn)行粉塵采樣。采樣完畢后，將濾膜取下，對(duì)折兩次，到實(shí)驗(yàn)室烘干并稱重，根據(jù)公式（1），計(jì)算出巷道內(nèi)粉塵濃度。

3 粉塵濃度實(shí)測(cè)結(jié)果分析

3.1 進(jìn)風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律

進(jìn)風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律如圖2所示。

圖2 進(jìn)風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律圖

由圖2可得，在進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)，全塵和呼吸性粉塵濃度基本穩(wěn)定，隨著距采煤工作面距離的增加，全塵和呼吸性粉塵的濃度出現(xiàn)一定波動(dòng)，但是波動(dòng)很小，全塵的最高濃度和最低濃度差為 6mg/m3左右。全塵濃度基本在國家標(biāo)準(zhǔn)（10mg/m3）以下，呼吸性粉塵部分測(cè)點(diǎn)雖高于國家標(biāo)準(zhǔn)（3.5mg/m3），然而所超濃度不大。其中全塵濃度最高點(diǎn)出現(xiàn)在J2（10.4mg/m3），其原因是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，在J2點(diǎn)有人員聚集。J5點(diǎn)屬于進(jìn)風(fēng)順槽的進(jìn)風(fēng)口位置，此處有運(yùn)煤皮帶的轉(zhuǎn)載點(diǎn)，導(dǎo)致全塵和呼吸性粉塵濃度都較高。

3.2 采煤工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律

采煤工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律如圖3所示。

圖3 采煤工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律圖

由圖3可得，在采煤工作面，巷道內(nèi)粉塵的濃度波動(dòng)較大。C3點(diǎn)為采煤機(jī)兩滾筒中間點(diǎn)，為采煤工作面的主要粉塵源。從C1到C3，隨著距離粉塵源的位置的靠近，巷道內(nèi)的全塵和呼吸性粉塵都快速增加，到C3點(diǎn)，粉塵濃度高達(dá)160mg/m3，之后全塵濃度快速下降，到C4點(diǎn)，粉塵濃度達(dá)到67mg/m3，粉塵濃度較C3點(diǎn)下降了90mg/m3左右，下降幅度達(dá)58%，而呼吸性粉塵濃度下降較慢，下降了24mg/m3，下降幅度為50%。之后，到C5點(diǎn)，全塵和呼吸性粉塵濃度都有一定的上升，分別達(dá)到了87mg/m3和29 mg/m3，這是因?yàn)殡S著采煤機(jī)的移動(dòng)，在C5點(diǎn)進(jìn)行了液壓支架的移架，造成了粉塵濃度的短暫增加。從C5到C7全塵和呼吸性粉塵濃度都有緩慢下降，但是下降幅度不大。

3.3 回風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律

回風(fēng)順槽粉塵濃度如圖4所示。

圖4 回風(fēng)順槽粉塵運(yùn)移規(guī)律圖

由圖4可得，在回風(fēng)順槽內(nèi)，隨著距離H1測(cè)點(diǎn)（上隅角）距離的增加，巷道內(nèi)全塵濃度有較大的下降，而呼吸性粉塵的濃度下降幅度較小。其中，全塵濃度在 H2（61.6mg/m3）到 H3（42.4mg/m3）之間下降了19.2mg/m3，下降幅度達(dá)31%，這是因?yàn)樵贖2和H3兩點(diǎn)之間有一個(gè)防塵網(wǎng)，但是，這兩點(diǎn)之間呼吸性粉塵僅下降0.8mg/m3，下降幅度僅為5.6%，說明巷道內(nèi)防塵網(wǎng)對(duì)呼吸性粉塵濃度的下降影響較小。

3.4 采煤工作面呼吸性粉塵占全塵比例

采煤工作面呼吸性粉塵占全塵比例如圖5所示。

圖5 呼吸性粉塵占全塵比例

由圖5可得，在采煤工作面下隅角位置處，呼吸性粉塵占全塵比例最高，接近90%，之后，在C2點(diǎn)占比大幅度下降，為24%，之后，呼吸性粉塵占全塵比例緩慢上升，到C4點(diǎn)，呼吸性粉塵占全塵比例達(dá)到局部最高點(diǎn)，為36%，之后，隨著距粉塵產(chǎn)塵點(diǎn)距離的增加，呼吸性粉塵占全塵的比例緩慢下降，到C7點(diǎn)，達(dá)到28.6%。

4 噴霧降塵措施

根據(jù)以上所得粉塵運(yùn)移規(guī)律，在C3點(diǎn)、H1點(diǎn)采用噴霧降塵措施，粉塵濃度得到很大程度的降低，具體數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 噴霧除塵后工作面及回風(fēng)巷粉塵濃度

由圖6可得，當(dāng)在C3、H1兩點(diǎn)采取噴霧除塵措施后，兩點(diǎn)全塵濃度分別下降了80%、76.3%，呼吸性粉塵濃度分別下降了63.2%、55.8%。工作面C3點(diǎn)、回風(fēng)巷H1點(diǎn)后，粉塵濃度也有了大幅度降低，粉塵危害得到了有效治理。

5 結(jié)語

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得出，在進(jìn)風(fēng)順槽，巷道內(nèi)粉塵濃度基本能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是由于運(yùn)煤皮帶設(shè)置在進(jìn)風(fēng)順槽，導(dǎo)致巷道內(nèi)粉塵濃度接近甚至微量超過國家標(biāo)準(zhǔn)，由于回風(fēng)順槽行人較少，因此可以將皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)置在回風(fēng)順槽內(nèi)。

（2）在采煤工作面，粉塵濃度最高點(diǎn)出現(xiàn)在采煤機(jī)滾筒割煤部位，全塵和呼吸性粉塵濃度分別達(dá)到160mg/m3和48mg/m3，整個(gè)巷道內(nèi)粉塵濃度遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)，因此在巷道內(nèi)布置噴霧除塵等防塵措施的同時(shí)，在產(chǎn)塵點(diǎn)位置，要布置泡沫除塵、除塵器等在塵源防塵、除塵較好的措施。