綜掘工作面泡沫抑塵技術實踐

尚積軍，司衛(wèi)彬，曹黎銘，曹 凱

(1.新疆煤礦安全監(jiān)察局，新疆烏魯木齊830000;2.中國礦業(yè)大學通風防滅火研究所，江蘇徐州221116;3.徐州安云礦業(yè)科技有限公司，江蘇徐州221008)

我國煤炭從業(yè)人員數(shù)量大，職業(yè)病危害嚴重，特別以粉塵危害最為突出［1］，其主要威脅是導致塵肺病和粉塵爆炸事故［2－3］。據(jù)相關統(tǒng)計，我國塵肺病患者已超過百萬，其中約50%為煤炭行業(yè)人員，每年因塵肺病死亡的人數(shù)遠大于煤礦其他事故死亡人數(shù)的總和［3］。近年來，隨著國家對新疆煤炭開發(fā)進度的加快，高度綜合機械化設備在綜掘工作面得到廣泛應用，在提高采掘接替和生產(chǎn)組織能力的同時，作業(yè)點粉塵濃度卻不斷增加［4－5］，加之防塵觀念、意識的淡薄，致使塵肺病發(fā)病率呈增長趨勢。鑒于此，結(jié)合煤礦的實際情況，研究應用綜掘工作面新的降塵技術，降低作業(yè)點粉塵濃度，對保障從業(yè)人員的身心健康和維護社會的和諧穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實意義。

1 綜掘面防塵現(xiàn)狀

應用礦井綜掘面以內(nèi)、外水噴霧的防塵系統(tǒng)為主，防塵水源、水質(zhì)、供水管路鋪設及水壓滿足要求。具體防塵措施要求如下:

(1)綜掘機內(nèi)外噴霧完好，內(nèi)噴霧壓力P1≥3MPa，外噴霧壓力P2≥1.5MPa。各裝煤點和轉(zhuǎn)載點都安裝有合格的噴霧裝置，以降低產(chǎn)塵量。

(2)距工作面50m，80m各安裝1道水幕簾，并用ZP型礦用自動噴霧感應裝置控制，實行全斷面覆蓋降塵，工作面每掘進30m，水幕及時移動。水幕降塵裝置由框架、防塵網(wǎng)和弧形噴霧等部分組成。框架由鋼管焊接，并進行防腐處理，將防塵網(wǎng)固定在框架上，覆蓋整個斷面，并在弧形噴桿上安設7個與垂直方向成一定角度的噴頭，方向大致向掘進工作面，見圖1。對感應裝置設定自動噴霧時的粉塵濃度，超限時，弧形噴霧自動開啟。

圖1 水幕降塵裝置示意

由于高強度綜合機械化作業(yè)，掘進面粉塵濃度基數(shù)大，通風降塵的能力非常有限且時間長;加之，掘進機的內(nèi)噴霧堵塞已全部失效;外噴霧距離塵源較遠，噴嘴遇到大量煤矸容易堵塞，霧化效果較差，自身的降塵設備，沒有將粉塵降低到理想效果;雖然設置自動防塵水幕，但由于掘進速度快，職工防護意識不強，造成水幕并未隨工作面的推進及時移動?，F(xiàn)有的防塵措施對保護職工身心健康效果甚微，粉塵危害形勢嚴峻，必須采取新技術以有效降低掘進面的粉塵濃度［6］。

2 泡沫抑塵技術

高效泡沫抑塵技術從“主動降塵”的理念出發(fā)，利用泡沫的濕潤性、黏附性、覆蓋性，對掘進機截割滾筒等塵源密集部位進行全面包裹，從源頭上抑制粉塵的產(chǎn)生。其原理是采用小比例定量添加技術，將含量極少的發(fā)泡劑和水預混合，在壓風作用下，通過發(fā)泡器產(chǎn)生豐富的低水抑塵泡沫，對截割頭等塵源進行動態(tài)無空隙的覆蓋和遮斷，抑制粉塵的產(chǎn)生和擴散，實現(xiàn)高效抑塵［7－9］。綜掘工作面泡沫抑塵工藝如圖2所示。

圖2 綜掘工作面泡沫抑塵工藝

3 現(xiàn)場應用及效果分析

為考察泡沫抑塵技術的實際降塵效果，根據(jù)該礦塵源產(chǎn)生與防治現(xiàn)狀，工業(yè)性試驗選擇在10106主運巷綜掘面進行。

3.1 工作面概況

10106綜掘工作面開采9號煤層，該煤層結(jié)構復雜，厚度賦存較穩(wěn)定，以半亮煤為主，瀝青光澤，條帶狀結(jié)構，發(fā)育少許內(nèi)生裂隙，硬度較硬，局部性脆易碎，含黃鐵礦結(jié)核。煤層中含夾矸2～4層，夾矸為深灰、黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖。該綜掘面采用佳木斯EBZ200型掘進機進行截割裝載，巷道掘進斷面18.2m2，巷道長度2608m;采用FBD－NO 6.7/2×37kW型局部通風機壓入式通風，風量655m3/min，風筒直徑800mm。

該綜掘面屬于典型的大斷面高硬度煤巷掘進，由于煤層含水量較少、夾矸多且硬、煤層性脆較硬、工作面配風量大，粉塵濃度在不采用任何防塵措施時高達790mg/m3，采用掘進機噴霧之后粉塵濃度依然高達582.2 mg/m3。

3.2 泡沫抑塵工藝的確定

泡沫抑塵技術的核心是根據(jù)掘進機具體型號設計可用螺絲孔固定泡沫噴頭的支架，以實現(xiàn)泡沫對塵源 (截割滾筒)的全包裹。由佳木斯EBZ200型掘進機參數(shù)，考慮利用固定外噴霧支架的螺絲孔固定左右兩側(cè)的噴頭支架，利用截割滾筒固定螺絲固定上側(cè)的噴頭支架，噴頭支架設計效果見圖3。

泡沫抑塵技術的關鍵是利用KPZ－0.2/0.4型礦用泡沫抑塵裝置，通過連接工作面的壓風、供水管路，在負壓作用下，自吸式添加極少量發(fā)泡劑即可產(chǎn)生豐富降塵泡沫。利用DN51mm的高壓膠管將泡沫輸送至分配器，經(jīng)分配后的泡沫，通過支架上5個專用的弧扇型噴頭實現(xiàn)了對截割滾筒的全包裹，從源頭上抑制了粉塵的產(chǎn)生與擴散，實現(xiàn)高效泡沫降塵，特別是呼吸性粉塵。

圖3 泡沫抑塵技術安裝示意

根據(jù)10106綜掘面空間狹小，作業(yè)工序繁多的現(xiàn)狀，改進了泡沫抑塵裝置。同時，將該裝置安裝在掘進機司機位置，用強力磁性裝置吸附固定，當掘進機截割作業(yè)時，根據(jù)粉塵量的大小開啟和關閉風、水聯(lián)動開關，即可實現(xiàn)對泡沫降塵裝置的控制［10］。該系統(tǒng)的安裝運行既穩(wěn)定可靠，又不影響工人的正常作業(yè)。

3.3 應用效果分析

泡沫抑塵裝備在10106綜掘面安裝完畢后，進行了一系列工業(yè)性試驗，保證在一定工況條件下正常運行。根據(jù)現(xiàn)場測試顯示，該降塵系統(tǒng)運行參數(shù)如下:壓風流量為50～70m3/h;耗水量0.5～0.8m3/h;發(fā)泡劑添加質(zhì)量分數(shù)0.2%～0.3%;發(fā)泡倍數(shù)30～40倍;泡沫量40～56m3/h。

為考察該技術實施后的實際粉塵濃度，根據(jù)測塵規(guī)范要求，在綜掘機司機處和回風側(cè)綜掘機后5m處各布置了粉塵濃度測點，使用CCGZ－1000型直讀式粉塵儀分別測得了無措施時全塵及呼吸性粉塵濃度、噴霧降塵時全塵及呼吸性粉塵濃度、泡沫抑塵時全塵及呼吸性粉塵濃度。同時參考該礦已有的測塵數(shù)據(jù)，選取綜掘機司機處各種情況下有效數(shù)據(jù)3組并進行對比分析，如表1所示。

表1 粉塵濃度實測數(shù)據(jù) (mg·m－3)

由表1可知，綜掘機司機處總粉塵、呼吸性粉塵濃度基數(shù)分別為790.0mg/m3，340.0mg/m3;采用噴霧措施后總粉塵、呼塵濃度分別降至582.2mg/m3，270.0mg/m3;采用泡沫抑塵技術后總粉塵、呼塵濃度分別降低至 121.7mg/m3，60.2mg/m3。泡沫抑塵技術對總粉塵和呼塵的降塵效率是噴霧降塵技術的3.22倍和4倍，見圖4。

圖4 綜掘機司機處降塵效率對比

根據(jù)現(xiàn)場觀測，泡沫抑塵技術實施后，工作面粉塵濃度得到大幅降低，迎頭能見度得到極大提高。工人可以清晰地看到掘進機截割頭的截割情況，有利于巷道的成形，大幅提高了掘進速度。由于耗水量極少，也有效避免了掘進機因底板含水量過多造成損壞和沉陷。

4 結(jié)論

新疆礦區(qū)面臨著傳統(tǒng)防塵工藝不能滿足高機械化作業(yè)環(huán)境的窘境，且煤塵爆炸和塵肺病的發(fā)生呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，迫切需求新的降塵技術。高效泡沫抑塵技術的應用，以及結(jié)合掘進機特點設計的專用泡沫弧扇噴頭和支架，能夠?qū)崿F(xiàn)泡沫對截割滾筒的全包裹。該技術有效降低了工作面粉塵濃度，大幅減少了防塵耗水量，能有效避免煤塵爆炸、塵肺病等災害的發(fā)生。

［1］王顯政.在中國煤礦塵肺病防治基金會理事會會議上的講話［EB/OL］.http://info.china.alibaba.com/detail/1096117871.html，2013－01－20.

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