四明山礦高效防塵技術(shù)研究及發(fā)展趨勢

賀森棟

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四明山煤礦，山西 高平 048400)

引 言

近年來，隨著井下開采深度的增加，煤炭資源儲量逐年減少。雖然我國煤炭工業(yè)安全防治工作取得了長足的發(fā)展，但由于井下開采作業(yè)環(huán)境較差，空氣流速慢，且有毒有害其他含量較大，不僅會降低企業(yè)生產(chǎn)效率，同時還對工作人員的職業(yè)健康帶來負(fù)面的影響。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四明山煤礦(以下簡稱“四明山礦”)井田位于高平市東部，主要可采煤層為9#和15#煤層，在回采工作面采煤機(jī)破碎、皮帶運(yùn)煤和機(jī)頭卸煤等階段會釋放濃度較高的粉塵；另外本礦井為兼并重組整合礦井，井田內(nèi)存在大面積采空區(qū)，在揭露盲巷或采空區(qū)時會涌出有毒有害氣體，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氫等，因此傳統(tǒng)的防塵措施難以對井下工作環(huán)境的改善起到顯著作用，為保障工人職業(yè)健康，需要利用更加全面、先進(jìn)的防塵措施。通過參考相關(guān)類似礦井的成功經(jīng)驗，對四明山礦的防塵設(shè)施與設(shè)計進(jìn)行升級，對我國煤礦進(jìn)行采掘工作面粉塵防治工作提供更多的技術(shù)方案與借鑒意義。

2 防塵設(shè)施與措施

2.1 噴霧防塵技術(shù)

四明山礦井下開采過程中，由于采掘工作面中采煤機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、滾筒割煤機(jī)等設(shè)備作業(yè)頻繁，會產(chǎn)生大量的粉塵，決定配備了額定壓力為10MPa的噴霧泵站，并超前進(jìn)行煤層預(yù)注水，另外在其截割部、液壓支架產(chǎn)塵源、破碎機(jī)等處設(shè)計密閉防塵罩，并設(shè)置噴霧防塵裝置；運(yùn)輸系統(tǒng)方面，也需要在帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等的轉(zhuǎn)載點上設(shè)置噴霧防塵裝置。噴霧防塵技術(shù)將可以有效提高防塵效果，降低煤炭開采過程中所釋放的大量粉塵，改善工人的職業(yè)健康安全。

2.2 凈化風(fēng)流防塵措施

通過在井下巷道設(shè)置空氣凈化設(shè)備，當(dāng)含塵空氣經(jīng)過時可以快速捕捉粉塵的措施被稱為風(fēng)流凈化水幕技術(shù)。目前，在四明山礦9101工作面設(shè)置有4道風(fēng)流凈化水幕設(shè)備，均采用自動控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。安裝地點分別是9101工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，第一道水幕均設(shè)置在兩個順槽安全出口的30 m以內(nèi)，第二道水幕設(shè)置在第一道水幕范圍的20 m以內(nèi)，所有水幕采用逆風(fēng)布置。

自動水幕的控制系統(tǒng)方面，將選用粉塵濃度超限裝置進(jìn)行配合使用，從而實現(xiàn)粉塵濃度的實時監(jiān)測并自動運(yùn)行風(fēng)流凈化的作用。該系統(tǒng)主要組成設(shè)備包括噴霧主機(jī)、電磁閥、傳感器、粉塵濃度監(jiān)測儀等部分。

2.3 個體防護(hù)

個體防護(hù)是井下防塵工作的重要組成部分，四明山礦針對經(jīng)常接觸粉塵作業(yè)的工作人員，重點包括采掘機(jī)司機(jī)、移架工、鉆探工、安全員等，專門配備有特種防塵工作，其中包括：帶有“MA”標(biāo)志的防塵口罩、防塵帽、輔助呼吸器等，對于幫助佩戴者呼吸凈化后干凈空氣、提高生產(chǎn)效率、提高工作情緒起到重要作用。

2.4 回采工作面防塵措施及設(shè)施

四明山礦除采用常規(guī)噴霧降塵、自動水幕等措施以外，在還對工作面20 m以內(nèi)的巷道，進(jìn)行每班至少一次的沖洗工作，對20 m外的巷道每周至少沖洗一次。定期清除浮煤，減少堆積周期，用物理方法實現(xiàn)工作巷道中粉塵含量的降低。

另外針對工作面裝備一部MG2×125/600-WD型采煤機(jī)，該采煤機(jī)截深0.80 m，電機(jī)功率600 kW，在生產(chǎn)過程中必須使采煤機(jī)割煤深度保持在有效割煤深度，牽引速度在4 m/s～6.1 m/s，減少滾筒轉(zhuǎn)速，并盡可能與通風(fēng)風(fēng)流方向一致的單向割煤方式，采用滾筒逆向旋轉(zhuǎn)的裝煤方向，禁止采煤機(jī)超薄割煤導(dǎo)致割煤粉碎形成大量煤塵。

3 防塵技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，我國礦井防塵工作雖處于逐步完善當(dāng)中，但僅有少部分大型現(xiàn)代化礦井完成了從單點監(jiān)測礦塵濃度的方式，到線上實時監(jiān)控的“智慧礦山”發(fā)展，更多的礦井仍然停留在人工監(jiān)測的水平，井下防塵措施將成為將來礦井除塵的重要手段。

3.1 空氣幕防塵技術(shù)

空氣幕防塵是指利用井下風(fēng)流對礦井粉塵的擴(kuò)散進(jìn)行控制的技術(shù)。最初是由俄羅斯斯闊琴斯基礦業(yè)研究所聯(lián)合中央科學(xué)研究院礦用機(jī)器學(xué)院開發(fā)的一套適用于井下巷道除塵系統(tǒng)的壓入-抽出式通風(fēng)設(shè)備而興起。該設(shè)備利用風(fēng)流風(fēng)場的效果，在綜采工作面構(gòu)造防塵風(fēng)幕，從而起到阻止粉塵向外擴(kuò)散的作用，然后再啟動設(shè)備吸風(fēng)管路，將高粉塵含量空氣從巷道抽出。

近幾年我國空氣幕防塵技術(shù)己取得了長足的進(jìn)步，中國煤科重慶分院利用附壁風(fēng)筒產(chǎn)生的風(fēng)流，將綜采工作面風(fēng)流風(fēng)向改變?yōu)樾D(zhuǎn)風(fēng)流，從而在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向建立起空氣屏幕，起到阻止粉塵擴(kuò)散的作用，最后利用風(fēng)機(jī)抽塵，把含塵空氣吸入管路。該方法具有風(fēng)速控制準(zhǔn)確率高、有效吸程距離大等優(yōu)點。

3.2 化學(xué)防塵技術(shù)

普通煤層注水由于水氣表面的張力較高，部分粒度較小的粉塵難以被迅速濕潤，捕捉效率不高的問題普遍存在。為了提高水分對粉塵的吸附能力，各國學(xué)者紛紛采用在水中添加活性劑的化學(xué)方法，來提高水分對煤塵的吸附能力。在此方面，我國化學(xué)控塵技術(shù)起步相對較晚，但發(fā)展迅速，并且取得了一定成果，李滿研制的煤塵抑制劑成功申請國家發(fā)明專利，并取得專利證書編號為200810171 888. X。該煤塵抑制劑可增強(qiáng)水的滲透能力，在煤層注水的過程中有效縮短工作時間并提高液體對煤層吸附能力。實驗發(fā)現(xiàn)，對于變質(zhì)程度中等的煤炭，添加該煤塵抑制劑濃度至0. 02% 時候，僅需40s即可滲入煤體，對煤層注水控塵的效果改善極為明顯。

4 結(jié)語

四明山礦針對井下采掘工作面?zhèn)鹘y(tǒng)防塵技術(shù)效果不佳的情況，利用噴霧、凈化風(fēng)幕等技術(shù)進(jìn)行了綜合防塵的治理工作。改進(jìn)后的防塵效果不僅大幅提高，還保證了工作面安全高效的開采。在未來，空氣幕墻、化學(xué)添加劑等科技水平更高的技術(shù)和設(shè)備將會用于礦井的防塵工作中。