巖巷綜掘工作面高效除塵系統的現場應用

上官昌培

（中煤能源新疆天山煤電有限責任公司，新疆 昌吉831200）

0 引 言

近年來，大量的勞動人口面臨著職業(yè)病危害，其中塵肺病新病例占職業(yè)病報告比例較高[1,2]。同時隨著煤礦產能的增大，巖石巷道斷面隨之增加，巖石綜掘工作面會產生大量的粉塵，因此在巖石綜掘工作面作業(yè)的人員，如果肺部吸入大量的礦塵會得塵肺病，或者粉塵阻塞人體毛眼，刺激眼睛，造成視力減退，造成呼吸道疾病的發(fā)生。眾所周知，粉塵在特定濃度下具有爆炸危險性，對工作面的安全回采造成了危險，所以粉塵的防治對煤礦的安全開采至關重要。針對粉塵防治的特點，眾多學者也開展了一系列的研究，泡沫降塵抑制劑、除塵風機等抽塵凈化等技術[3-8]，目前采用單一降塵措施具有一定的局限性，應用于巖巷工作面后，除塵效果未能達到預期，粉塵濃度居高不下。

為此，針對粉塵的危害特點，通過了解綜掘工作面粉塵產生的機理，以及粉塵的特性，不斷摸索各種防塵手段，研究各種防塵技術的效果，通過綜合防塵耦合研究，制定出掘進工作面高效除塵系統。在保障巖石綜掘工作面煤礦的安全生產、人員安全等方面具有重要的技術、經濟和社會效益。

1 巖巷工作面概況

東翼運輸大巷巷道巖性為粗砂巖，粗砂巖：灰白色，粗砂狀結構，厚層狀構造，砂屑主要成分由石英、長石及巖屑組成，膠結物以鈣質為主，致密、堅硬。巷道按正中線施工，中線距離左幫及右?guī)透?.2m。掘進斷面為12.44m2，凈斷面為11.12m2。毛寬4.4m，凈寬4.2m；毛高3.3m，凈高3.1m，拱高2.2m，墻高1.1m。

2 掘進工作面高效除塵系統研究與應用

2.1 不采取降塵措施

為了研究不同降塵措施對粉塵濃度的影響，首先對不采取降塵措施時粉塵濃度進行測定。為了確保測定期間基本條件相似，便于數據的比較，風筒始終吊掛在巷道左幫距迎頭8m 位置，綜掘進炮頭在巷道中心點掘進時測定。并統一布置測點，測點一，綜掘機司機側距巷道底板1.5m 位置，測點二，掘進工作面回風距巷道開門點10m 位置，采樣時間5min，測塵設備：CCZ1000 直讀測塵儀。

綜掘機掘進期間不使用綜掘機內外噴霧，不開啟風流凈化水幕，直接在原巖中掘進，在不采取降塵措施前，對綜掘機司機側和回風側粉塵濃度進行測定，數據如圖1 所示。綜掘司機側全塵平均濃度為944.4 mg/m3，呼塵平均濃度為400.5 mg/m3，回風側全塵平均濃度為900.9 mg/m3，呼塵平均濃度為382.6 mg/m3。

圖1 初始粉塵濃度測定數據圖

2.2 綜掘機內外噴霧降塵技術

根據《煤礦作業(yè)場所職業(yè)病危害防治規(guī)定》，掘進機內噴霧壓力不得低于2MPa，外噴霧壓力不得低于4MPa。內噴霧裝置不能正常使用時，外噴霧壓力不得低于8MPa；除塵器的呼吸性粉塵除塵效率不得低于90%。

東翼運輸大巷水壓經過測定4.2MPa，符合規(guī)定，并在距離迎頭50m 處安設有風流凈化水幕。測定時，綜掘機開啟內外噴霧，迎頭50m 處風流凈化水幕開啟，采取綜掘機內外噴霧后，檢測點粉塵濃度如圖2所示，綜掘司機側全塵平均濃度為719.3 mg/m3，呼塵平均濃度為325.7 mg/m3，回風側全塵平均濃度為686.4mg/m3，呼塵平均濃度為310.8 mg/m3。

圖2 粉塵濃度測定數據圖

2.3 除塵風機降塵技術

東翼運輸大巷配備KCS-250D 除塵風機，額定吸風量250m3/min，實測237m3/min。布置方式：除塵風機安設在距工作面40m 處（或將除塵風機蹲放在綜掘機二運皮帶上，此法適用性較強，工作量小）隨掘進前移。除塵風機吸風口末端距工作面不大于5 米，壓入式風機風筒末端超過除塵風機出風口8m，綜掘機內外噴霧、風流凈化水幕不開啟。采取除塵風機降塵措施后，各檢測點粉塵濃度如圖3 所示，綜掘司機側全塵平均濃度為581.6 mg/m3，呼塵平均濃度為416.4 mg/m3，回風側全塵平均濃度為217.7mg/m3，呼塵平均濃度為148.8 mg/m3。

圖3 粉塵濃度測定數據圖

為了提高除塵風機的除塵效率，在除塵風機邊上的風筒位置安設泄壓風筒，通過泄壓裝置使迎頭風量控制在略大掘進斷面需要的最低風量112m3/min 需求，將迎頭風筒出風口風量控制在120m3/min。除塵風機開啟口，需要將泄壓風筒泄壓的風流引流至除塵風機吸風口，促使綜掘機司機處于新鮮風流中。除塵風機改進后，綜掘司機側全塵平均濃度為0.8 mg/m3，呼塵平均濃度為0.5 mg/m3，回風側全塵平均濃度為88.2mg/m3，呼塵平均濃度為56.1 mg/m3。

圖4 粉塵濃度測定數據圖

2.4 泡沫除塵技術

東翼運輸大巷使用的礦用泡沫降塵裝置為KPZ-0.2/1.0 裝置，如圖5 所示。耗水量0.5 m3/h，耗氣量80m3/h，泡沫量40 m3/h。采取泡沫除塵措施后，各檢測點粉塵濃度如圖3 所示綜掘司機側全塵平均濃度為235.7 mg/m3，呼塵平均濃度為128.2 mg/m3，回風側全塵平均濃度為204.4mg/m3，呼塵平均濃度為121.5 mg/m3。

圖5 泡沫降塵裝置

圖6 粉塵濃度測定數據圖

2.5 綜合降塵措施的應用

圖7 粉塵濃度測定數據圖

經過以上測定可知，任何單一的降塵措施，都不能滿足《煤礦作業(yè)場所職業(yè)病危害防治規(guī)定》第四十條，井工煤礦在煤、巖層中鉆孔，應當采取濕式作業(yè)。煤（巖）與瓦斯突出煤層或者軟煤層中難以采取濕式鉆孔時，可以采取干式鉆孔，但必須采取除塵器捕塵、除塵，除塵器的呼吸性粉塵除塵效率不得低于90%的規(guī)定。必須將以上各種措施進行綜合應用，方能確保除塵效果達到規(guī)定要求。

東翼運輸大巷巖石掘進期間，開啟內噴霧，風流凈化水幕，配套使用泡沫降塵噴霧，開啟改進型的除塵風機；各檢測點粉塵濃度如圖7 所示，綜掘司機側全塵平均濃度為0.8 mg/m3，呼塵平均濃度為0.5 mg/m3，回風側全塵平均濃度為18.8mg/m3，呼塵平均濃度為15.2 mg/m3。

3 現場應用的效果檢驗

通過對現場采取不同降塵措施，通過對粉塵濃度測定結果比對；采用各種降塵措施后降塵效率的可依據下式進行計算，降塵率如表1 所示。

表1 降塵效果檢測統計

式中：η 為降塵效率；C1為未采取措施時的粉塵濃度mg/m3；C2為采取措施時的粉塵濃度mg/m3。

由表1 可知，采取綜合降塵措施后，全塵和呼塵降塵率均在95%以上，因此綜合除塵系統具有較好的應用效果。

4 結 論

本文結合東翼運輸大巷掘進實際情況，通過對掘進期間采取各種措施的粉塵濃度進行測定分析，得到以下結論：

任何一種單一防塵手段降塵率均達不到相關規(guī)定要求，尤其產塵量特別高的巖石綜掘巷道需要綜合聯合進行應用方能解決降塵問題，采用綜合防塵措施后，綜掘進司機側全塵降塵率99.9%，呼塵降塵率9 9.8%，回風側全塵降塵率97.9%，呼塵降塵率96%，降塵效果較為顯著，保障了煤礦的安全開采。