半煤巖巷道綜掘工作面除塵系統(tǒng)研究

郝錦龍

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司西山煤電杜兒坪煤礦，山西 太原 030022）

巷道掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵，若采取的降塵措施不當(dāng)，不僅會(huì)制約巷道掘進(jìn)效率，而且還會(huì)給井下作業(yè)人員身體健康、巷道掘進(jìn)安全造成影響[1-3]。因此，針對(duì)掘進(jìn)巷道采用的掘進(jìn)方式、地質(zhì)條件，以杜兒坪礦北七集中皮帶巷掘進(jìn)為研究對(duì)象，研究提出掘進(jìn)過程中更有效的粉塵防治措施，并進(jìn)行分析改進(jìn)。

1 工程概況

杜兒坪北七集中皮帶巷沿著2#煤頂板掘進(jìn)，2 號(hào)煤層厚度1.78～2.20 m，平均1.90 m。2 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性見表1。巷道斷面為矩形，凈寬×凈高=4.6 m×3.0 m，凈斷面13.8 m2。掘進(jìn)作業(yè)采用全斷面跟頂拉底一次成巷的方式，掘進(jìn)機(jī)型號(hào)為EBZ-160，截割順序如圖1 所示，配合一部DSJ65/10/22kW 型電滾筒輸送機(jī)以及一部DSJ100/2×200 型膠帶輸送機(jī)連續(xù)出煤（矸）。具體運(yùn)輸線路為：掘進(jìn)機(jī)拉底→掘進(jìn)機(jī)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)→DSJ65/10/22 kW 膠帶→DSJ100/2×200 kW 膠帶→北一大巷煤倉(cāng)→5t 礦車→井底車場(chǎng)→地面。

圖1 掘進(jìn)機(jī)破煤巖截割順序

表1 2 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 巷道掘進(jìn)粉塵超限原因分析

（1）掘進(jìn)機(jī)截割產(chǎn)生粉塵

綜掘機(jī)在掘進(jìn)過程中，截割齒與煤、巖層接觸破煤巖時(shí)，會(huì)伴隨有煤塵、巖塵產(chǎn)生，特別是煤、巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面附近存在煤、巖破碎，更容易產(chǎn)生粉塵。由于巷道掘進(jìn)采用跟頂拉底方式，綜掘機(jī)在底板沙巖與煤層交接面破煤巖石，由于巖性參數(shù)相差較大，更容易產(chǎn)生粉塵[4]。

（2）輸送過程中產(chǎn)生粉塵

截割破碎的煤、巖掉落過程中，煤、巖體內(nèi)夾雜的一部分粉塵會(huì)溢散出。掉落到巷道底板上的煤、巖塊在綜掘機(jī)鏟板作用下進(jìn)入到刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中，煤巖體表層的粉塵在外力作用下有部分會(huì)飄揚(yáng)。轉(zhuǎn)載點(diǎn)、破碎點(diǎn)等位置產(chǎn)生粉塵量也較大[5-6]。

（3）風(fēng)筒引起揚(yáng)塵

從掘進(jìn)迎頭風(fēng)筒出來的分流形態(tài)為風(fēng)速分布不規(guī)律的喘流，在巷道圍巖表層的粉塵極易在風(fēng)流作用下飄揚(yáng)到掘進(jìn)迎頭。掘進(jìn)機(jī)截割煤巖破碎產(chǎn)生的粉塵同樣在風(fēng)流擾動(dòng)下飄散到空氣中，增加掘進(jìn)面粉塵濃度。

（4）防塵設(shè)備損壞或者不到位

在北七集中皮帶巷掘進(jìn)工作面內(nèi)存在一定程度的防塵設(shè)施損壞、防塵設(shè)施安設(shè)位置有較大偏差等問題，容易導(dǎo)致破碎點(diǎn)、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等處產(chǎn)生的粉塵在巷道內(nèi)積聚。

3 巷道掘進(jìn)除塵措施

3.1 泡沫除塵

掘進(jìn)機(jī)配套安裝泡沫除塵裝置，綜掘機(jī)開機(jī)時(shí)必須打開。泡沫降塵流程包括添加發(fā)泡劑、泡沫產(chǎn)生、運(yùn)輸以及噴射等，具體工藝流程如圖2 所示。實(shí)際應(yīng)用中通過定量泵將發(fā)泡劑穩(wěn)定、持續(xù)的添加至高壓供水管路中并與壓風(fēng)一起進(jìn)入泡沫發(fā)生器內(nèi)，制備泡沫，通過噴射裝置噴射擴(kuò)散。

圖2 泡沫除塵工藝流程

將射流汽化吸液裝置以及發(fā)泡器高度集成，并在綜掘機(jī)截割頭搖臂后端安設(shè)移動(dòng)式泡沫噴槍，從而確保噴射出的泡沫可以覆蓋截割頭產(chǎn)塵區(qū)域，通過高壓軟管連接掘進(jìn)頭壓風(fēng)、壓水管路，實(shí)現(xiàn)泡沫除塵裝置的可靠運(yùn)行[7]。具體泡沫除塵設(shè)備安設(shè)位置如圖3 所示。

圖3 泡沫除塵設(shè)備安設(shè)位置示意圖

采用的泡沫除塵系統(tǒng)動(dòng)力為井下壓風(fēng)及壓水，使用過程不受瓦斯、粉塵等濃度影響，結(jié)構(gòu)緊湊，在搖臂上安裝的泡沫噴槍可以隨機(jī)移動(dòng)，對(duì)截割頭割煤、巖全覆蓋，從而直接作用于截割產(chǎn)塵點(diǎn)，降低粉塵產(chǎn)生量。工作時(shí)，只需操控氣水聯(lián)動(dòng)閥即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水、氣混合比調(diào)整并控制發(fā)泡率，操作簡(jiǎn)便。主要的技術(shù)參數(shù)為：額定工作氣壓P氣≥0.2 MPa；標(biāo)況耗氣量Q氣≥180 m3/h；工作水壓P水≥0.8 MPa；標(biāo)況耗水量Q水≥1 m3/h；發(fā)泡劑添加占比n≤0.5%；發(fā)泡倍數(shù)在40～70 倍；發(fā)泡量M≥40 m3/h。

3.2 其他除塵措施

（1）各轉(zhuǎn)載點(diǎn)、破碎點(diǎn)須安設(shè)手動(dòng)轉(zhuǎn)載噴霧，噴嘴要保持霧化暢通，控制閥門在行人側(cè)，做到開機(jī)開水、停機(jī)停水。

（2）在距掘進(jìn)迎頭≤50 m、≤500 m 位置分別安設(shè)凈化水幕，水幕必須能有效覆蓋全斷面，噴嘴迎風(fēng)45°并保持噴嘴霧化暢通，起到凈化風(fēng)流的作用，并隨掘進(jìn)面推進(jìn)而前移。

（3）在距掘進(jìn)迎頭50 m 內(nèi)巷道每班沖洗一次，距掘進(jìn)迎頭50～500 m 巷道每天沖洗一次，距掘進(jìn)迎頭500 m 以上的巷道每?jī)商熘辽贈(zèng)_洗一次。

（4）掘進(jìn)機(jī)內(nèi)、外噴霧水壓不得小于2 MPa、4 MPa，噴霧應(yīng)可以有效覆蓋全滾筒。

（5）鑿巖機(jī)、錨桿鉆機(jī)在掘進(jìn)面作業(yè)時(shí)必須采用濕式，作業(yè)時(shí)佩戴防塵口罩。

4 降塵效果分析

具體在掘進(jìn)工作面布置的泡沫除塵裝置見圖3，在綜掘機(jī)司機(jī)處（A 點(diǎn)）、距離掘進(jìn)迎頭10 m 處（B點(diǎn)）、距離掘進(jìn)迎頭20 m 處（C 點(diǎn)）分別布置測(cè)點(diǎn)，采用CCZ-1000 粉塵濃度測(cè)定儀監(jiān)測(cè)粉塵濃度。為判定除塵效果，分別對(duì)未采取防塵措施、采用噴霧除塵措施以及采用泡沫除塵措施三種情況下的粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2、表3、表4。

表2 A 點(diǎn)位置粉塵濃度

表3 B 點(diǎn)位置粉塵濃度

表4 C 點(diǎn)位置粉塵濃度

從表2～表4 可以得出，由于掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位于局部通風(fēng)機(jī)出口處，不斷涌入的新鮮風(fēng)流雖然從巖層表面吹出部分粉塵，但可以降低司機(jī)位置粉塵濃度，因此，在A 點(diǎn)處測(cè)得粉塵濃度較B、C 點(diǎn)低。未采取措施時(shí)，A 點(diǎn)處全塵、呼吸性粉塵濃度分別為1166.50 mg/m3、496.30 mg/m3，采用泡沫除塵技術(shù)后該處全塵、呼吸性粉塵濃度分別降至88.50 mg/m3、41.60 mg/m3。

在B 點(diǎn)未降塵時(shí)全塵、呼吸性粉塵濃度分別為1196.30 mg/m3、548.20 mg/m3，開啟綜掘機(jī)隨機(jī)內(nèi)、外噴霧降塵措施后，粉塵濃度仍然處于高位，分別為648.30 mg/m3、311.90 mg/m3。由于噴霧除塵水滴霧化效果差，大粒徑噴霧對(duì)粉塵捕獲效果不佳，造成全塵、呼吸性粉塵降低率僅為45.81%、43.10%，采用泡沫除塵措施后，全塵、呼吸性粉塵濃度分別為137.60 mg/m3、80.00 mg/m3，除塵率均在85%以上。

在C 點(diǎn)處，采用泡沫除塵措施后，全塵、呼吸性粉塵除塵率分別為88.39%、86.22%，較噴霧除塵率提升至少1 倍。

應(yīng)用效果表明，在掘進(jìn)工作面采用以泡沫除塵為核心的綜合降塵技術(shù)措施，可以有效降低掘進(jìn)工作面粉塵濃度。

5 總結(jié)

（1）在半煤巖巷道掘進(jìn)過程中在煤巖交界處更容易產(chǎn)生粉塵，轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)以及刮板輸送機(jī)等位置也是主要的產(chǎn)塵點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面治理粉塵時(shí)應(yīng)針對(duì)主要產(chǎn)塵點(diǎn)采取有針對(duì)性除塵措施。

（2）泡沫除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的泡沫更容易捕獲空氣中粉塵，將定量添加泵運(yùn)用到泡沫除塵系統(tǒng)可以將發(fā)泡劑均勻地添加至供水管路中，發(fā)泡器產(chǎn)生的泡沫更為均衡，解決以往泡沫除塵系統(tǒng)存在泡沫穩(wěn)定性差問題，從而提升除塵系統(tǒng)可靠性。

（3）采用以泡沫除塵為核心的綜合除塵措施后，掘進(jìn)工作面粉塵顯著降低，改善了作業(yè)人員工作環(huán)境。