煤礦防塵降塵的改進(jìn)措施研究

賈燕飛

（柳林縣煤炭工業(yè)局，山西 柳林 033300）

金家莊煤礦位于山西省柳林縣，隸屬于山西柳林興無煤礦集團(tuán)。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/年，礦井可采儲量1.2億t，主采煤層為4-2煤層，煤層平均厚度8.33m，f=3.0～3.5。該煤層采用放頂煤采煤工藝，在采煤、落煤、運(yùn)煤過程中產(chǎn)生大量煤塵。2015年7月煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院對該煤礦4-2煤層進(jìn)行煤塵采樣爆炸性鑒定，鑒定結(jié)果為“煤塵具有爆炸性”。對該煤礦職業(yè)病危害因素檢驗(yàn)表明，采煤過程、原煤運(yùn)輸系統(tǒng)和輔助運(yùn)輸系統(tǒng)職業(yè)病危害的主要原因是煤塵。因此，該礦非常重視煤礦的防塵降塵工作，在原有防塵降塵措施的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，希望能進(jìn)一步提高防塵降塵效果。

1 井下產(chǎn)塵原因分析

1.1 井下產(chǎn)塵點(diǎn)概況

金家莊煤礦井下產(chǎn)塵點(diǎn)主要分為：（1）采煤點(diǎn)產(chǎn)塵，包括采煤機(jī)割煤、綜掘機(jī)割煤；（2）落煤點(diǎn)產(chǎn)塵，包括放頂煤支架放煤過程、支架移動等環(huán)節(jié)；（3）運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)塵，支護(hù)作業(yè)、爆破作業(yè)以及破碎機(jī)破碎作業(yè)產(chǎn)塵；（4）巷道錨噴作業(yè)產(chǎn)塵。綜放采煤工作面產(chǎn)塵源主要有割煤、移架、放煤等工序和轉(zhuǎn)載、破碎等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中機(jī)組割煤是工作面最大的產(chǎn)塵點(diǎn)，其次為移架、破碎、放煤工序。掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵源主要有掘進(jìn)機(jī)割煤、扒裝、轉(zhuǎn)載、頂幫錨桿支護(hù)、爆破等工序。

1.2 防塵工作的重點(diǎn)

綜放工作面機(jī)組割煤產(chǎn)塵量最大，是防塵工作的關(guān)鍵，其次為移架、放煤、破碎等工序，是防塵工作的重點(diǎn)；掘進(jìn)工作面防塵重點(diǎn)依次為掘進(jìn)機(jī)割煤、支護(hù)打眼作業(yè)、掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸轉(zhuǎn)載、臨時(shí)避難硐室爆破作業(yè)等工序。

2 井下防塵降塵用水存在問題

金家莊煤礦井口絕對標(biāo)高+833.6m，主采煤層標(biāo)高+438m，落差396m，工業(yè)場地內(nèi)設(shè)置兩個(gè)700m3的靜壓蓄水池，通過兩趟Φ273mm管路通往井下，配合Φ100mm管路給井下各個(gè)用水點(diǎn)供水。在該煤礦的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，隨著供水管網(wǎng)公稱直徑的縮小，供水壓力及流量有明顯減小趨勢。在綜放面生產(chǎn)過程中，隨著各開采機(jī)械設(shè)備用水量的增大，供水量及供水壓力接近高壓噴嘴最小霧化值，導(dǎo)致采煤機(jī)噴霧霧化、支架噴霧霧化效果差，用水效果不佳導(dǎo)致了防塵降塵效果較差。

3 綜合防塵降塵技術(shù)應(yīng)用

3.1 綜采面高壓噴霧泵應(yīng)用

金家莊煤礦4-2號煤層，煤質(zhì)堅(jiān)硬，煤壁孔隙率在4%以下，莫氏硬度接近3.5。在煤機(jī)割煤作業(yè)階段，該工作面的產(chǎn)塵量達(dá)到最大值。試驗(yàn)結(jié)果表明采用煤層注水軟化措施無降塵效果，未采用煤層注水作業(yè)。

該煤礦結(jié)合4-2號煤層的實(shí)際工況，選用江蘇無錫煤礦機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的BPW320/6.3型噴霧壓力泵，該泵設(shè)計(jì)輸出流量320L/min，輸出水壓6.3 MPa，通過連接平巷供水管路，二次加壓、過濾后再向采面各用水點(diǎn)供水，見圖1。

圖1 采煤機(jī)外置噴霧霧化示意圖

噴霧泵使用前后高壓噴嘴射程對比情況見表1所示。

表1 噴霧泵使用前后高壓噴嘴射程對比

使用加壓泵后，采面供水流量及供水壓力均得到明顯改善。經(jīng)過試驗(yàn)，綜放面噴霧出水壓力達(dá)到4.8MPa以上，霧化射程由0.6m增加到2.2m以上，覆蓋面積提高14倍以上。在生產(chǎn)活動中，即使將采面支架噴霧全部打開后，也不影響噴霧霧化效果，取得明顯降塵效果。

3.2 噴霧改進(jìn)實(shí)踐應(yīng)用研究

3.2.1 綜采面煤機(jī)外噴霧改進(jìn)

金家莊煤礦綜放面采用MG400/930-WD型雙滾筒采煤機(jī)，設(shè)備出廠配備內(nèi)、外置噴霧。內(nèi)置噴霧安裝在割煤滾筒上，因割煤作業(yè)而導(dǎo)致噴嘴極易堵塞，甚至損壞，故在割煤機(jī)割煤作業(yè)中，外置噴霧在降塵方面起主導(dǎo)作用。因?yàn)椴擅簷C(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)割煤，截齒會將大塊煤卷起翻過滾筒搖臂，然后落入前刮板輸送機(jī)。在此過程中，煤塊及夾矸極容易將噴霧裝置砸壞，特別是在清掃底煤時(shí)，情況尤為突出。因?yàn)閲娮鞊p壞，煤機(jī)司機(jī)不得不停止生產(chǎn)，進(jìn)行噴嘴維護(hù)。針對這種情況，該礦改進(jìn)了采煤機(jī)外置噴霧位置，給噴霧噴嘴加裝環(huán)形保護(hù)套，改進(jìn)后的采煤機(jī)外置噴霧見圖2所示。

圖2 改進(jìn)后采煤機(jī)外置噴霧示意圖

綜放工作面通過使用噴霧加壓泵及對采煤機(jī)外置噴霧的簡單改動，調(diào)整噴嘴方向，使得噴霧射程覆蓋煤壁、落煤點(diǎn)，加之噴霧泵增加供水壓力，在采煤機(jī)附近降塵取得明顯效果。

3.2.2 綜采面支架后尾梁噴霧改進(jìn)

金家莊煤礦主采煤層平均煤厚7.43m，采煤機(jī)一次采高3.3m，放頂煤4.1m，前后刮板輸送機(jī)運(yùn)煤量大致為1:1.25。在放頂煤作業(yè)環(huán)節(jié)中，隨著后尾梁插板對頂煤的不斷破碎，大塊煤對后尾梁噴霧損害十分頻繁。據(jù)支架工不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)工作班支架后噴霧平均維護(hù)次數(shù)達(dá)到4次以上。后置噴霧失效，大量煤塵隨風(fēng)流直接進(jìn)入回風(fēng)巷。針對后置噴霧易被擠壞的現(xiàn)象，該礦根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，鑄造方形抗沖擊噴嘴保護(hù)套，有效保護(hù)了后置噴嘴，延長了其使用壽命。

3.2.3 巷道回風(fēng)捕塵簾的應(yīng)用

在金家莊煤礦井下，通過加裝噴霧泵，改善供水壓力，加強(qiáng)噴嘴維護(hù)，井下作業(yè)環(huán)境得到了改善。為進(jìn)一步提高降塵效果，金家莊煤礦井下利用鍍鋅紗網(wǎng)（200目）設(shè)計(jì)巷道捕塵簾，安設(shè)在重點(diǎn)產(chǎn)塵巷道下風(fēng)側(cè)，配合斷面噴霧，取得了不錯(cuò)的降塵效果。捕塵簾下風(fēng)側(cè)相對于捕塵簾上風(fēng)側(cè)全塵濃度由39.7mg/m3降低到3.0mg/m3； 呼吸性粉塵濃度由22.9mg/m3降低到 2.0mg/m3。

3.2.4 進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷道斷面噴霧改進(jìn)應(yīng)用

常規(guī)斷面噴霧為直桿型，懸掛于巷道中上方，噴嘴向下安置，如圖3所示，噴霧無法覆蓋直桿噴霧上方的空間，將斷面置于巷道頂板，則增加噴霧維護(hù)難度。為此，金家莊煤礦結(jié)合巷道斷面形狀，改進(jìn)斷面噴霧。將直桿型彎成環(huán)狀，在環(huán)狀桿上向外均布高壓噴嘴，懸掛于巷道中上部，實(shí)現(xiàn)了噴霧輻射范圍對巷道斷面的全覆蓋。改進(jìn)后巷道斷面噴霧輻射范圍由19.2m2增大到22.4m2。大巷斷面設(shè)計(jì)為4000×5000mm三心拱巷道，使用環(huán)形噴霧較普通輻射范圍更大，巷道拱基線以上斷面可以全部覆蓋，如圖4所示。

圖3 普通直桿噴霧示意圖

圖4 改進(jìn)后環(huán)形噴霧結(jié)構(gòu)示意圖

4 工作面現(xiàn)場管理措施

（1）強(qiáng)化礦井“一通三防”現(xiàn)場管理，切實(shí)做到指派專人進(jìn)行現(xiàn)場防塵設(shè)施管理。消滅井下積塵，制定灑水除塵制度，定期對礦井主要大巷、采掘工作面、回風(fēng)巷進(jìn)行灑水除塵，杜絕煤塵堆積；（2）建立健全礦井粉塵監(jiān)測機(jī)構(gòu)，及時(shí)對井下的粉塵濃度、粉塵分散度、游離含量進(jìn)行分析檢測，為防塵措施提供依據(jù)；（3）加強(qiáng)職業(yè)衛(wèi)生培訓(xùn)，提高職工職業(yè)危害認(rèn)識，讓職工注意自身的個(gè)體防護(hù)。

5 降塵防塵設(shè)備改進(jìn)效果分析

2016年8月，金家莊煤礦進(jìn)行職業(yè)病危害因素檢測。該次檢測共測定總粉塵（個(gè)體）時(shí)間加權(quán)平均濃度樣品29個(gè)，濃度范圍0.67～4.88mg/m3，粉塵濃度符合職業(yè)接觸限值29個(gè)，合格率100%；呼吸性粉塵（個(gè)體）時(shí)間加權(quán)平均濃度樣品29個(gè)，濃度范圍0.21～1.29mg/m3，粉塵濃度符合職業(yè)接觸限值29個(gè)，合格率100%。

金家莊煤礦通過近幾年來對井下降塵防塵設(shè)施設(shè)備的不斷改進(jìn)，井下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境明顯改善，真正做到了“安全生產(chǎn)、預(yù)防為主、綜合治理”。