店坪煤礦掘進(jìn)工作面降塵技術(shù)應(yīng)用分析

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電公司方山店坪煤礦，山西 方山 033100）

1 工程概況

店坪煤礦二采區(qū)9-2052巷主要擔(dān)負(fù)著9-205回采工作面的運(yùn)輸、回風(fēng)、行人等任務(wù)，同時(shí)留巷為9-203回采工作面服務(wù)。巷道位于830南翼軌道巷21#導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)前12m處，以270°方位角，沿9#煤層頂板施工1386 m（中-中）到切巷位置。9-2052巷設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1386 m。預(yù)計(jì)9-2052工作面揭露煤層厚度為2.6～3.2m，平均厚2.9m，工作面范圍內(nèi)煤層、煤體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，含有兩到三層夾矸，夾矸多為砂質(zhì)泥巖，厚度為0.2～0.45 m。煤層傾角1°～5°，屬于近水平煤層。煤層頂板為砂巖；底板為砂質(zhì)泥巖。

由于掘進(jìn)作業(yè)所產(chǎn)生的粉塵濃度較大，原有的普通降塵措施很難到達(dá)除塵效果，較高的粉塵濃度使得巷道可見(jiàn)范圍縮小，同時(shí)對(duì)礦工造成健康傷害，需要及時(shí)改進(jìn)除塵方案，保證礦工健康與掘進(jìn)作業(yè)的正常進(jìn)行。

2 粉塵濃度檢測(cè)分析

為降低工作面內(nèi)粉塵的濃度，采取相應(yīng)措施，需要對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉塵濃度檢測(cè)。檢測(cè)地點(diǎn)主要為在距離地板1.5m處，此處為工人的主要呼吸帶[1]。在測(cè)量粉塵濃度時(shí)，使用CCZ-1000型直讀式粉塵濃度測(cè)量?jī)x，該儀器操作簡(jiǎn)單，便于員工上手，可以在監(jiān)測(cè)的同時(shí)讀取數(shù)據(jù)，省時(shí)省力。主要檢測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表1。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

表1 掘進(jìn)工作面粉塵濃度監(jiān)測(cè)

對(duì)上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1）粉塵主要是由于掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生，而司機(jī)位于掘進(jìn)面最近，所產(chǎn)生的粉塵最先到達(dá)司機(jī)位置，所以造成此處成為粉塵聚集區(qū)，在設(shè)計(jì)降塵方案時(shí)，此處應(yīng)作為重點(diǎn)防護(hù)。

2）在距離掘進(jìn)頭5m處，粉塵濃度會(huì)突然增大，粉塵濃度達(dá)到最大值，造成這一現(xiàn)象主要原因是此處位于掘進(jìn)機(jī)與皮帶的交界處，同時(shí)附近是局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒出風(fēng)口，產(chǎn)生的氣流會(huì)使巷道內(nèi)的塵土吹起，造成此處粉塵濃度逐漸升高，達(dá)到最大值。

3）隨著逐漸遠(yuǎn)離掘進(jìn)頭，粉塵濃度在降低，主要由于巷道內(nèi)風(fēng)流的作用下，部分粉塵會(huì)逐漸被排出或者沉降在地面；另一部分粉塵則會(huì)在整個(gè)掘進(jìn)巷道內(nèi)懸浮擴(kuò)散。

4）當(dāng)與掘進(jìn)面的距離大于50m，全塵濃度下降的趨勢(shì)會(huì)變得緩和最后趨向穩(wěn)定，這是主要因?yàn)樵诳諝庵械姆蹓m會(huì)受到重力與其他阻力，在擴(kuò)散的過(guò)程中向地面沉降，對(duì)于較大顆粒的粉塵，沉降現(xiàn)象最為明顯；對(duì)于直徑較小的粉塵顆粒則會(huì)在空氣中自由移動(dòng)，分散在整個(gè)巷道中，因此巷道內(nèi)的粉塵濃度最后會(huì)趨于穩(wěn)定。

5）呼吸性粉塵與總粉塵的濃度分布相同，在遠(yuǎn)離掘進(jìn)頭5m處達(dá)到最大值，之后是隨著逐漸遠(yuǎn)離掘進(jìn)頭，粉塵濃度開(kāi)始降低，最后會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定；但由于呼吸性粉塵顆粒較小，質(zhì)輕，很難在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)沉降，大部分會(huì)隨著巷道內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)被噴霧系統(tǒng)捕捉或者排出。

6）距掘進(jìn)頭10m范圍內(nèi)，呼吸性粉塵一直處于較高的濃度，而司機(jī)及其他員工在此環(huán)境下工作，及易造成塵肺病。因此，需要對(duì)產(chǎn)生粉塵源頭加以控制。

3 新噴霧降塵技術(shù)

區(qū)別與地面工作，井下工作環(huán)境較特殊，目前相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)主要通過(guò)濕式防降塵的方法來(lái)進(jìn)行粉塵防止，此方法采用最廣泛的是噴霧防塵[2]。我國(guó)主流礦井采取高壓噴霧降塵技術(shù)，這種降塵方法較傳統(tǒng)的噴霧降塵效果顯著提高，綜合降塵率達(dá)到75%～95%。

根據(jù)店坪煤礦9-2052巷掘進(jìn)工作面實(shí)際情況，為了達(dá)到降塵效果，決定在原有降塵措施上進(jìn)行改進(jìn)，在產(chǎn)塵源頭采取高壓噴霧技術(shù)，在其他地方采取自動(dòng)噴霧措施，使得整體降塵方案更加適合實(shí)際礦井，預(yù)計(jì)降塵率高于80%。

3.1 掘進(jìn)工作面噴霧降塵

在掘進(jìn)機(jī)上使用油壓-水壓轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)掘進(jìn)機(jī)的液壓來(lái)為水泵工作，從而產(chǎn)生高壓水[3]。掘進(jìn)機(jī)的液壓油在液壓泵中是循環(huán)工作，所以當(dāng)裝置水量不足的情況下，依然可以正常作業(yè)，水泵中的水又會(huì)為整個(gè)裝置起到降溫的作用，從而在整個(gè)裝置工作時(shí)，液壓油的溫度不會(huì)升高。工作裝置見(jiàn)圖2。

圖2 掘進(jìn)機(jī)高壓油轉(zhuǎn)換

與傳統(tǒng)獲得高壓水噴霧的方案相比，它的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）整體裝置外殼堅(jiān)固，功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)，可以高效的完成掘進(jìn)作業(yè)。

（2）改進(jìn)后的裝置體積小，重量輕，依然可以獲得高壓水，不會(huì)對(duì)掘進(jìn)作業(yè)造成任何影響。

（3）通過(guò)掘進(jìn)機(jī)液壓油工作產(chǎn)生的壓力控制水泵，從而使得液壓油的能量轉(zhuǎn)化為高壓水，整體達(dá)到減少能源，高效的目的。

（4）整個(gè)裝置的水壓與流量，都可以得到任意調(diào)控，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)可以在掘進(jìn)的同時(shí)控制除塵裝置，而不影響到整個(gè)掘進(jìn)作業(yè)。

3.2 皮帶輸送機(jī)噴霧降塵

圖3 皮帶輸送機(jī)噴霧降塵

皮帶附近的粉塵來(lái)源主要是由于掘進(jìn)產(chǎn)生的煤塊經(jīng)過(guò)皮帶運(yùn)輸時(shí)，磕破造成大量煤塵產(chǎn)生，懸浮在附近。所以此處需要安裝一個(gè)噴霧水管，達(dá)到降塵的目的，考慮的巷道實(shí)際尺寸，水管安裝在皮帶上60 cm處；噴霧水管上每隔5 m加設(shè)一個(gè)橫向噴管，每個(gè)噴管有4個(gè)噴頭。水管與井下供水裝置通過(guò)一個(gè)液壓搶相連接，液壓槍的閥門(mén)處裝有一個(gè)朝向巷道的遮板[4]，每當(dāng)煤塊在皮帶上通過(guò)時(shí)，都會(huì)接觸遮板，此時(shí)遮板上翹，啟動(dòng)液壓槍?zhuān)_(kāi)始噴霧。若煤塊加大時(shí)，則遮板上翹角度隨之增大，噴霧加強(qiáng)，可以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧水量的目的。改進(jìn)后較之前裝置，不僅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)劑水霧，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)能，同時(shí)安全高效，更好的起到降塵效果，噴霧裝置見(jiàn)圖3。

3.3 回風(fēng)巷噴霧降塵

在粉塵噴霧裝置內(nèi)安裝一個(gè)粉塵傳感器[5]，可以檢測(cè)巷道內(nèi)的粉塵含量，當(dāng)大于某一設(shè)定值時(shí)，傳感器會(huì)向控制器傳遞降塵信號(hào)，主控裝置開(kāi)啟該區(qū)域內(nèi)的噴霧裝置，使用弧形噴霧架安設(shè)噴槍?zhuān)划?dāng)粉塵濃度低于設(shè)定值時(shí)，傳感器反饋信號(hào)，關(guān)閉噴霧裝置。同時(shí)在噴霧裝置的兩側(cè)安裝傳感器，方便在人員通過(guò)時(shí)，會(huì)停止噴霧，當(dāng)人員遠(yuǎn)離該區(qū)域，可以繼續(xù)進(jìn)行降塵作業(yè)，達(dá)到節(jié)能，節(jié)水的同時(shí)，不影響正常作業(yè)。裝置設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

圖4 回風(fēng)巷自動(dòng)噴霧降塵

4 效果分析

為掌握采用新噴霧降塵技術(shù)后第一手粉塵濃度資料，對(duì)掘進(jìn)工作面總粉塵濃度、呼吸性粉塵濃度進(jìn)行跟蹤測(cè)定，測(cè)塵數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表2、表3。由上表可以看出，在采取新的降塵措施后，對(duì)比表1，降塵效果明顯，總粉塵與呼吸性粉塵的治理效果均達(dá)到80%以上，與預(yù)期效果相吻合，達(dá)到了除塵的效果。

表2 掘進(jìn)工作面總粉塵濃度測(cè)定

表3 掘進(jìn)工作面呼吸性粉塵濃度測(cè)定

5 結(jié)語(yǔ)

1）對(duì)店坪煤礦9-2052巷掘進(jìn)工作面的粉塵進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處與距掘進(jìn)頭5m處粉塵濃度較大，原因是掘進(jìn)所產(chǎn)生的粉塵最先到達(dá)司機(jī)位置，造成此處成為粉塵聚集區(qū)；而掘進(jìn)機(jī)與皮帶的交界處，附近為局部通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口，產(chǎn)生的氣流會(huì)使巷道內(nèi)的塵土吹起，造成此處粉塵濃度突然升高，此處需要重點(diǎn)防治。

2）通過(guò)對(duì)粉塵檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，在原來(lái)的降塵裝置的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況，掘進(jìn)工作面采用高壓噴霧降塵、皮帶輸送機(jī)噴霧降塵、回風(fēng)巷噴霧降塵等降塵措施，全方位除塵。

3）在采用改進(jìn)后的降塵方案后，應(yīng)用效果表明，總粉塵綜合降塵率平均達(dá)到85%，呼吸性粉塵綜合降塵率平均達(dá)到84.3%，治理效果良好，能實(shí)現(xiàn)礦工安全健康作業(yè)，保證施工作業(yè)順利進(jìn)行。