陽煤一礦81108回風(fēng)巷綜掘粉塵防治效果研究

聶貴亮

(華陽新材料科技集團(tuán)有限公司 一礦,山西 陽泉 045000)

粉塵長期以來一直是煤礦主要的危害之一[1]。由于大量吸入粉塵容易引發(fā)塵肺病、心血管疾病等慢性職業(yè)病，且塵肺病目前仍無法治愈，是我國第一大職業(yè)性疾病，每年新增塵肺病人數(shù)近2萬人，大多數(shù)都是煤礦職工[2]。高濃度煤塵還能造成煤塵爆炸，威力遠(yuǎn)超瓦斯爆炸，危害極強(qiáng)。巷道掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)中必不可少的一步，因?yàn)榻陙砭蜻M(jìn)機(jī)應(yīng)用的普及，綜掘面粉塵濃度上升明顯，對(duì)工人的身心健康和企業(yè)安全生產(chǎn)的危害也急劇上升[3-4]。本文以陽煤一礦81108回風(fēng)巷掘進(jìn)面為例，研究了適用于掘進(jìn)截割粉塵的最優(yōu)噴霧壓力，制定了綜合降塵方案，為同類型其他工作面提供指導(dǎo)。

1 陽煤一礦81108回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面概況

陽煤一礦位于山西省陽泉市西北20 km處，目前核定年生產(chǎn)能力為850萬t，隸屬于華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，是國有現(xiàn)代化大型礦井。81108回風(fēng)巷是81108采煤工作面的回風(fēng)巷，地表位于老虎圪梁以東，松帽梁以西，陰山梁以南，墳地溝以北的山梁溝谷地帶。煤層厚度為5.6～6.36 m，平均厚度為5.98 m；煤層硬度(f值)為2.0；絕對(duì)瓦斯涌出量為1.08 m3/min?；仫L(fēng)巷為沿15號(hào)煤基本頂下端掘進(jìn)的半煤巖巷，巷道斷面為6 m×7 m的矩形，巷道設(shè)計(jì)長度(從采區(qū)輔助回風(fēng)巷算起)為787 m，坡度最小1～12°，平均6°。巷道目前采用EBZ-150A型掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化快速掘進(jìn)，經(jīng)過測算，工作面壓入式通風(fēng)供風(fēng)量842.5 m3/min，供風(fēng)量較大，掘進(jìn)迎頭煤巖壁面風(fēng)速很高，加劇了粉塵擴(kuò)散。

2 81108回風(fēng)巷綜掘面粉塵治理現(xiàn)狀

當(dāng)前81108回風(fēng)巷掘進(jìn)面主要采用掘進(jìn)機(jī)自帶內(nèi)外噴霧和一運(yùn)轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧兩種降塵措施。外噴霧噴頭采用實(shí)心錐霧化噴頭，噴嘴直徑1.2 mm。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于防塵用水的規(guī)定，外噴霧水壓應(yīng)≥2 MPa。但現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，按規(guī)定中2 MPa的供水壓力條件，外噴霧噴嘴霧化效果并不理想，粉塵災(zāi)害的治理效果欠佳，直接觀測能見度很低。內(nèi)噴霧噴頭經(jīng)常堵塞、損壞，應(yīng)用效果也不理想。通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)割煤過程的分析發(fā)現(xiàn)，粉塵產(chǎn)生的源頭主要有兩個(gè)：一個(gè)是截割頭上的截齒旋轉(zhuǎn)碰撞煤巖壁面產(chǎn)生；另一個(gè)是煤巖壁面上的大塊碎煤掉落到地板上相互碰撞，再次產(chǎn)生粉塵。所以不僅要利用掘進(jìn)機(jī)自帶內(nèi)外噴霧向截割頭周圍噴射水霧，還要向底板落煤處噴射降塵介質(zhì)，以保障降塵效果。

3 81108回風(fēng)巷綜掘面防塵技術(shù)應(yīng)用

3.1 防塵技術(shù)設(shè)計(jì)

為了提高粉塵治理效果，確定適合綜掘截割粉塵的噴霧效果，將噴霧供水壓力調(diào)整至2 MPa、4 MPa、6 MPa和8 MPa，霧滴流型如圖1所示?？梢钥闯?，噴霧水壓力較低時(shí)噴霧場擴(kuò)散角更大。2 MPa時(shí)霧滴流型最穩(wěn)定覆蓋面積最廣，6 MPa、8 MPa時(shí)擴(kuò)散角近似，與噴嘴距離較遠(yuǎn)的霧滴流場近似稱為圓柱形。同時(shí)，直接在綜掘機(jī)上設(shè)置1個(gè)增壓機(jī)，測定了不同水壓下對(duì)截割粉塵的降塵效率，以確定最優(yōu)噴霧水壓參數(shù)。測塵點(diǎn)位于綜掘機(jī)司機(jī)處，利用直讀式測塵儀測定粉塵濃度，降塵效率根據(jù)公式(1)計(jì)算，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，隨著供水壓力增加，呼塵和全塵的降塵效率都顯著提升，全塵降塵效率從2 MPa時(shí)的62%增長至8 MPa時(shí)的77%，呼塵效率則從33%提高了30個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了8 MPa時(shí)的63%.但也可以看出，雖然降塵率隨供水壓力一同上升，但上升幅度逐漸變緩，全塵降塵率至8 MPa時(shí)幾乎趨于平緩，呼塵降塵率增幅也明顯變小。由于壓力較高時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，而且會(huì)增加其磨損，成本較高，因此，噴霧供水壓力為8 MPa時(shí)比較合理。

(1)

式中：μ為降塵率，%；c0為無降塵條件下的粉塵濃度，mg/m3；c1為降塵后的粉塵濃度，mg/m3。

圖1 不同壓力下的噴霧流型

圖2 不同壓力噴霧的降塵效率

由于工作面供風(fēng)的影響，掘進(jìn)機(jī)噴霧可能無法完全治理截割頭截割產(chǎn)生的粉塵，因此部分殘余細(xì)微粒徑粉塵會(huì)隨風(fēng)流向巷道后方擴(kuò)散，污染整條巷道。因此除了掘進(jìn)機(jī)外噴霧和轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧外，還在巷道中安設(shè)了多道全自動(dòng)防塵水幕簾，如圖3所示。這種防塵措施主要通過含有水膜的防塵網(wǎng)阻隔隨空氣擴(kuò)散的粉塵，在上端安設(shè)霧化噴頭向防塵網(wǎng)噴射水霧，以在防塵網(wǎng)上形成水膜；利用紅外感應(yīng)器控制門簾開閉，當(dāng)探測到有行人經(jīng)過時(shí)自動(dòng)打開門簾關(guān)閉水霧，防止行人被水霧淋濕，影響作業(yè)效率。在距離工作面迎頭50 m范圍內(nèi)安設(shè)2道，距工作面50 m往外每隔300 m安設(shè)1道，噴頭參數(shù)和掘進(jìn)機(jī)外噴霧相一致。

圖3 防塵水幕簾示意

對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧進(jìn)行了改進(jìn)，增加了粉塵濃度傳感器和主控器，當(dāng)感應(yīng)到空氣中粉塵濃度升高時(shí)加大轉(zhuǎn)載點(diǎn)處噴霧用量，噴嘴朝向上膠帶末端噴射，如圖4所示。

3.2 粉塵治理效果測定

根據(jù)《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》[4]的規(guī)定，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置和距工作面迎頭55 m處(全自動(dòng)水幕簾后方5 m)設(shè)置了2個(gè)測塵點(diǎn)，測塵儀高度依然是工人呼吸帶高度。粉塵濃度如表1所示，降塵率采用公式(1)計(jì)算。

表1 降塵效果 mg/m3

由于81108掘進(jìn)巷道為半煤巖巷道，截割巖石產(chǎn)生的粉塵危害遠(yuǎn)高于割煤?？梢钥闯?，沒有開啟防塵裝置時(shí),全塵和呼塵濃度分別高達(dá)909.1 mg/m3和495.7 mg/m3，即使距離掘進(jìn)面迎頭55 m外，全塵和呼塵的濃度依然高達(dá)461.4 mg/m3和275 mg/m3，粉塵危害十分嚴(yán)重，亟待解決。采用了綜合性的防塵技術(shù)以后，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置，全塵濃度降低到了209.5 mg/m3，呼塵濃度降至179.7 mg/m3。由于水幕簾所用噴霧壓力同樣為8 MPa，因此水幕簾隔塵效果較好，距掘進(jìn)迎頭55 m處呼塵和全塵降塵率接近90%.

4 結(jié) 語

1) 陽煤一礦81108回風(fēng)巷為半煤巖巷道，綜掘機(jī)截割時(shí)產(chǎn)塵的危害性較大。由于掘進(jìn)機(jī)自帶內(nèi)噴霧幾乎不可用，外噴霧霧化效果不佳，因此粉塵問題較為嚴(yán)重。通過對(duì)不同噴霧供水壓力條件下降塵效率的測定發(fā)現(xiàn)，8 MPa時(shí)綜掘機(jī)司機(jī)處降塵效率最高，作為日常除塵參數(shù)最為合理。

2) 制定了掘進(jìn)機(jī)高壓外噴霧、全自動(dòng)轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧降塵、高壓全斷面水幕簾相結(jié)合的綜合降塵方案。實(shí)測結(jié)果表明，在距離綜掘面迎頭55 m處對(duì)全塵和呼塵的降塵率接近90%，粉塵治理效果較好。