掘進(jìn)巷道降塵技術(shù)的應(yīng)用研究

衛(wèi)志敏

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司，山西 沁源 046500）

隨著綜合機(jī)械化掘進(jìn)設(shè)備在煤礦井下的應(yīng)用推廣，巷道掘進(jìn)效率得以顯著提升，在一定程度上緩解了礦井采掘接替緊張局面[1-2]。但是綜掘機(jī)截割破煤巖過(guò)程中作業(yè)人員始終在掘進(jìn)迎頭，截割過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度粉塵會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身體健康帶來(lái)一定威脅。根據(jù)有關(guān)研究成果，綜掘過(guò)程中粉塵產(chǎn)生量明顯高于炮掘[3-6]。如何降低巷道掘進(jìn)過(guò)程中粉塵影響，成為巷道掘進(jìn)過(guò)程中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。為此，本文以山西某礦3306 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，提出采用綜合降塵技術(shù)改善掘進(jìn)工作面現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，取得較為明顯的粉塵治理效果。

1 工程概況

3306 運(yùn)輸巷沿著3#煤層底板掘進(jìn)，3#煤層傾角、厚度分別為2°、5.6 m，煤層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，中間夾雜有1 層～3 層炭質(zhì)泥巖夾矸（夾矸總厚度在0.8 m 左右）。3#煤層直接頂、基本頂分別為厚度6.7 m 細(xì)砂巖、25.6 m 粗砂巖；直接底、基本底分別為厚度6.8 m 泥巖、5.9 m 粉砂巖。

3306 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為1 980 m，矩形斷面，凈寬、凈高分別為3.9 m、2.6 m，圍巖采用錨桿+工字鋼架棚支護(hù)方式。3306 運(yùn)輸巷采用EBZ-260綜掘機(jī)掘進(jìn)，受到3#煤層本身含水率較低、巷道掘進(jìn)速度快等因素影響，掘進(jìn)迎頭位置粉塵濃度較高，不僅給附近作業(yè)人員身體健康帶來(lái)一定威脅，而且在一定程度上制約巷道掘進(jìn)效率。為此，本文依據(jù)3306 運(yùn)輸巷實(shí)際地質(zhì)條件、巷道掘進(jìn)情況，提出綜合性降塵技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后有效改善了掘進(jìn)迎頭環(huán)境質(zhì)量。

2 掘進(jìn)工作面綜合降塵技術(shù)應(yīng)用

掘進(jìn)工作面空間相對(duì)狹小同時(shí)通風(fēng)量較低，通過(guò)通風(fēng)雖然可降低粉塵濃度，但是降塵效果不明顯[7]?，F(xiàn)階段，礦井最為常用的降塵措施為噴霧降塵，依據(jù)3306 運(yùn)輸巷實(shí)際條件，提出采用掘進(jìn)迎頭高壓注水+自動(dòng)噴霧方式來(lái)降低掘進(jìn)工作面粉塵濃度。

2.1 煤層高壓注水

增加煤層含水率可在一定程度上降低綜掘機(jī)割煤過(guò)程中粉塵產(chǎn)生量。在巷道內(nèi)布置鉆場(chǎng)（寬、深、高分別為2.0 m、3.0 m、2.0 m），在鉆場(chǎng)內(nèi)施工鉆孔,不僅用以超前地質(zhì)探測(cè)而且可兼作注水鉆孔。巷道掘進(jìn)迎頭高壓注水方式，鉆孔鉆進(jìn)深度一般在60 m 以上，注水壓力控制在4 MPa～6 MPa。通過(guò)注水可增加煤層含水率，從根本上降低綜掘機(jī)割煤時(shí)粉塵產(chǎn)生量。

2.2 綜掘機(jī)噴霧降塵

在EBZ-260 綜掘機(jī)上增加布置油壓-水壓轉(zhuǎn)換裝置，利用綜掘機(jī)上的液壓為高壓噴霧系統(tǒng)提供高壓水。油壓-水壓轉(zhuǎn)換裝置具有較為堅(jiān)硬的外殼，功能完備（加壓、冷卻等）、適應(yīng)性強(qiáng)；同時(shí)，該裝置質(zhì)量輕、體積小，不會(huì)給綜掘機(jī)正常使用帶來(lái)影響；通過(guò)調(diào)整液壓油流量以及壓力即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓、流量調(diào)整。具體在綜掘機(jī)上布置的油壓-水壓轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1 所示。

表1 綜掘機(jī)機(jī)載高壓噴霧裝置技術(shù)參數(shù)

2.3 運(yùn)輸系統(tǒng)降塵技術(shù)

3306 運(yùn)輸巷截割產(chǎn)生的破碎煤矸石等通過(guò)帶式輸送機(jī)外運(yùn)至礦井地表，輸送機(jī)在運(yùn)輸煤矸石過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，降低運(yùn)輸系統(tǒng)粉塵量對(duì)控制巷道內(nèi)粉塵濃度均有一定的促進(jìn)作用。為此，在與帶式輸送機(jī)相距60 cm 位置增加布置噴霧管路，并在管路上間隔5 m 布置一道噴霧水管，單個(gè)噴霧水管上布置3 個(gè)噴嘴，通過(guò)連續(xù)噴霧降塵帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)粉塵產(chǎn)生量，具體噴霧系統(tǒng)布置見(jiàn)圖1 所示。

圖1 運(yùn)輸系統(tǒng)噴霧系統(tǒng)布置示意圖

為了實(shí)現(xiàn)噴霧系統(tǒng)自動(dòng)控制，在掘進(jìn)迎頭位置安設(shè)擋板控制噴霧系統(tǒng)啟、停。當(dāng)帶式輸送機(jī)開(kāi)始煤炭運(yùn)輸時(shí)，輸送帶上的煤矸石與擋板噴張，噴霧系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟；運(yùn)輸?shù)拿喉肥吭酱髣t噴霧系統(tǒng)噴霧量越大。

2.4 掘進(jìn)巷道內(nèi)噴霧降塵

在與掘進(jìn)迎頭10 m 位置處安裝弧形噴霧架、粉塵傳感器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵。將粉塵傳感器與噴霧架控制閥相連接，當(dāng)掘機(jī)迎頭粉塵質(zhì)量濃度測(cè)定值超過(guò)180 mg/m3時(shí)，弧形噴霧架即會(huì)自動(dòng)進(jìn)行噴霧，降低環(huán)境中粉塵濃度；當(dāng)粉塵質(zhì)量濃度在180 mg/m3以內(nèi)時(shí)，由于粉塵濃度相對(duì)較低，粉塵經(jīng)過(guò)沉積即可有效降低，則噴霧系統(tǒng)停止工作。通過(guò)在掘進(jìn)迎頭位置增加自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)，不僅可起到凈化環(huán)境中空氣質(zhì)量目的，而且噴霧用水量相對(duì)較小。具體在巷道內(nèi)布置的噴霧除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2 所示。

圖2 巷道內(nèi)布置的噴霧除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在3306 運(yùn)輸巷各噴霧降塵系統(tǒng)中使用的噴霧用水均添加一定量的抑塵劑，具體添加量為噴霧用水量的3%，提高霧化顆粒與環(huán)境中粉塵結(jié)合能力，提高噴霧降塵效果。

3 降塵效果分析

為了掌握3306 運(yùn)輸巷使用的降塵技術(shù)綜合應(yīng)用效果，在掘進(jìn)迎頭、操作司機(jī)、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等位置布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)綜合降塵措施應(yīng)用前后各位置粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2 所示。

表2 降塵措施應(yīng)用前后各測(cè)點(diǎn)粉塵濃度測(cè)定結(jié)果

通過(guò)表2 可看出，3306 運(yùn)輸巷使用綜合降塵技術(shù)后，巷道各個(gè)測(cè)點(diǎn)全塵、呼吸性粉塵濃度降幅距超過(guò)80%，由此表明文中所提降塵技術(shù)具有較為顯著應(yīng)用效果。同時(shí)，通過(guò)高壓注水后，煤層含水率也由原有的1.8%增加至2.9%，煤層含水率增加從客觀上降低了綜掘機(jī)截割破煤時(shí)粉塵產(chǎn)生量。

4 結(jié)論

綜掘機(jī)雖然可提高巷道掘進(jìn)進(jìn)尺，但是由于掘進(jìn)過(guò)程中粉塵濃度相對(duì)較高。而煤層注水、高壓噴霧降塵等方式是礦井最為常用的降塵技術(shù)。文中依據(jù)3306 運(yùn)輸巷實(shí)際情況，提出使用超前探測(cè)鉆孔進(jìn)行高壓注水，通過(guò)增加煤體含水率來(lái)降低粉塵產(chǎn)生量；通過(guò)在綜掘機(jī)上增加布置油壓-水壓轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)高壓噴霧降塵；在運(yùn)輸系統(tǒng)以及掘進(jìn)迎頭分別布置自動(dòng)控制噴霧降塵系統(tǒng)，依據(jù)生產(chǎn)情況以及迎頭粉塵濃度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，3306 運(yùn)輸巷內(nèi)全塵、呼吸性粉塵降幅均在80%以上，取得較為明顯的降塵效果。