晶鑫煤礦綜掘工作面粉塵綜合治理技術(shù)研究

吳 鵬

（山西陽城陽泰集團(tuán)晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西 陽城 048100）

煤礦巷道掘進(jìn)作業(yè)是井下主要產(chǎn)塵地點(diǎn)之一，晶鑫礦3133回風(fēng)順槽采用掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，掘進(jìn)強(qiáng)度大，粉塵濃度最高時(shí)可達(dá)700 mg/m3以上，嚴(yán)重威脅礦工身體健康。針對掘進(jìn)面粉塵問題采用了綜合降塵技術(shù)[1-6]，取得了良好效果。

1 工作面概況

晶鑫煤礦位于山西省陽城縣，隸屬于山西陽城陽泰集團(tuán)。3133 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面煤種為3#無煙煤，煤層厚度2.47～4.80 m，平均厚3.65 m，煤層硬度f值為4，煤層裂隙不發(fā)育，煤質(zhì)狀況見表1。

表1 煤質(zhì)情況

3133 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度436 m，位于+630 m水平東采區(qū)。巷道北為掘進(jìn)巷道前方；東為掘進(jìn)巷道右翼，為3133 工作面煤柱；南為掘進(jìn)巷道后方；西為掘進(jìn)巷道左翼。工作面采用的掘進(jìn)機(jī)型號為EBZ120，采用FBDY №5.6/（2×11 kW）型通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，供風(fēng)量為400 m3/min。

2 綜合降塵技術(shù)及效果

綜掘面粉塵主要產(chǎn)生點(diǎn)有4 個(gè)，分別是掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)產(chǎn)塵、星輪旋轉(zhuǎn)裝載產(chǎn)塵、轉(zhuǎn)載點(diǎn)拋煤碰撞產(chǎn)塵以及鉆孔支護(hù)產(chǎn)塵，針對4 個(gè)產(chǎn)塵點(diǎn)所需的粉塵治理措施也不同。

2.1 掘進(jìn)面綜合降塵技術(shù)優(yōu)化

掘進(jìn)機(jī)機(jī)身自帶有外噴霧，但并未對產(chǎn)塵點(diǎn)做針對性調(diào)整和優(yōu)化，且長時(shí)間使用出現(xiàn)了損壞、噴嘴堵塞等問題。針對截割頭旋轉(zhuǎn)割煤產(chǎn)塵，選用的噴嘴應(yīng)該霧化效果高、射程遠(yuǎn)且噴嘴噴出的霧滴粒徑較小，噴嘴在截割臂上的安裝布置如圖2。噴霧裝置共由8 個(gè)噴嘴以及上下兩個(gè)半圓形供水鋼管組成，供水鋼管既作為噴嘴的供水管路，又作為噴嘴固定支架安裝在截割臂與掘進(jìn)機(jī)身連接處。上半部分供水鋼管上安裝有5 個(gè)噴嘴，下半部分安裝3 個(gè)噴嘴，由于截割頭旋轉(zhuǎn)割煤時(shí)粉塵主要從截割頭左右兩邊拋出，因此在上部供水鋼管的左右兩邊分別設(shè)置兩個(gè)噴嘴，以增加霧滴密度，保證降塵效果。供水鋼管上方安裝5 mm 厚的鋼板，避免截割過程中掉落的煤體碎塊砸壞噴嘴。噴嘴安裝角度都向外側(cè)傾斜20°，實(shí)現(xiàn)了噴射霧滴場對截割頭的全包裹。通過長期現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，煤壁破碎產(chǎn)塵區(qū)域呈近似圓環(huán)形，直徑略大于截割頭外徑，因此能夠保證粉塵在霧滴場內(nèi)部產(chǎn)生，增加了噴霧降塵的效率。

圖1 3133 回風(fēng)順槽位置示意圖

圖2 截割臂噴霧安裝示意圖

分析可知，掘進(jìn)機(jī)鏟板上的旋轉(zhuǎn)星輪鏟煤的過程中也會(huì)產(chǎn)生粉塵，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身前側(cè)的下部均勻安裝4 個(gè)實(shí)心錐噴霧，霧化角度為90°，保證霧滴場完全覆蓋整個(gè)鏟板，如圖3。

圖3 掘進(jìn)機(jī)外噴霧系統(tǒng)安裝示意圖

除了綜掘機(jī)截割頭旋轉(zhuǎn)截割產(chǎn)塵以及星輪裝煤產(chǎn)塵以外，迎頭煤壁受到掘進(jìn)影響可能發(fā)生大范圍破裂甚至垮落片幫，大范圍煤體掉落到底板上發(fā)生破碎產(chǎn)塵和二次揚(yáng)塵。這種粉塵產(chǎn)生點(diǎn)以及具體范圍難以預(yù)判，同時(shí)設(shè)置除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行負(fù)壓抽塵。如圖4 所示，負(fù)壓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口通過硬質(zhì)抽出式風(fēng)筒連接至掘進(jìn)面迎頭附近，產(chǎn)生的負(fù)壓風(fēng)場與壓入式風(fēng)筒吹出的正壓風(fēng)場聯(lián)合形成前段空氣幕，粉塵產(chǎn)生后不會(huì)向巷道后方移動(dòng)，而是從抽出式風(fēng)筒入口處吸入，最終被除塵風(fēng)機(jī)凈化。

圖4 長壓短抽式封閉除塵技術(shù)示意圖

轉(zhuǎn)載點(diǎn)處通常布置有霧化噴嘴，而干式打鉆作業(yè)產(chǎn)生的粉塵通常難以有效治理。為進(jìn)一步治理巷道空氣中飄散的粉塵，在距工作面迎頭20 m 和50 m 處分別安裝一道全斷面全自動(dòng)水幕簾，當(dāng)有行人經(jīng)過時(shí)由紅外傳感器感應(yīng)并自動(dòng)關(guān)閉供水開關(guān)。每道水幕簾頂端安裝有4 個(gè)擴(kuò)散角度為60°的扇形噴頭，孔徑為1.2 mm，供水水壓為5 MPa，如圖5。

圖5 防塵水幕簾示意圖

2.2 降塵效果

綜合降塵技術(shù)效果好壞需要在綜掘工作面實(shí)地進(jìn)行測量，采用CCZ-1000 直讀式測塵儀在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處和水幕簾后方5 m 處測定粉塵濃度，每次測量均采用兩臺測塵儀同時(shí)測定全塵和呼塵濃度。先關(guān)閉所有降塵措施，測定兩個(gè)位置的原始全塵和呼塵濃度，然后開啟優(yōu)化后的掘進(jìn)機(jī)外噴系統(tǒng)、除塵風(fēng)機(jī)以及水幕簾，測定治理后的粉塵殘余濃度，每個(gè)點(diǎn)均測3 次取平均值。

實(shí)測結(jié)果見表2。除塵率按照公式（1）計(jì)算：

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

式中：μ為除塵率，%；c1為沒有降塵措施時(shí)的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

由表2 看出，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處原始全塵平均濃度為745.4 mg/m3，采用了優(yōu)化后的掘進(jìn)機(jī)外噴霧除塵、除塵風(fēng)機(jī)抽塵凈化綜合降塵手段以后殘余平均濃度為95.1 mg/m3，降塵率達(dá)到了87.2%；呼塵平均濃度從382 mg/m3降低至50.6 mg/m3，降塵率達(dá)到了86.8%。在水幕簾后方5 m 處，由于其阻隔了粉塵向巷道后方移動(dòng)，粉塵度更低，全塵平均濃度從639 mg/m3降低至39.7 mg/m3，降塵率高達(dá)93.8%，而呼塵平均濃度從352.9 mg/m3降低至27 mg/m3，降塵率達(dá)到了92.4%。因此，綜合降塵措施能夠有效治理綜掘工作面粉塵問題，保障了工人身心健康和礦井安全高效生產(chǎn)。

3 結(jié)論

針對綜掘工作面產(chǎn)塵特征，對掘進(jìn)機(jī)外噴霧進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，對掘進(jìn)機(jī)底部星輪旋轉(zhuǎn)裝載產(chǎn)塵布設(shè)了專用霧化噴嘴，同時(shí)采用了濕式除塵風(fēng)機(jī)形成封閉式治塵空間，安設(shè)了2 道全斷面水幕簾凈化降塵。全塵和呼塵降塵率在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處分別達(dá)到了87.2%和86.8%，在降塵風(fēng)幕后方5 m 處降塵率分別為93.8%和92.4%。