綜合降塵技術(shù)在綜掘巷道中應(yīng)用研究

＊吳永華

（晉能控股煤業(yè)集團正珠煤業(yè)有限公司 山西 032600）

綜掘在提升巷道掘進效率、緩解礦井采掘接替緊張局面以及降低作業(yè)勞動強度等方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，在煤礦井下應(yīng)用較為廣泛。綜掘機截割頭破煤巖時，受截割頭沖擊影響迎頭產(chǎn)生大量的粉塵，同時掘進人員始終在掘進迎頭內(nèi)，高濃度粉塵會嚴重影響現(xiàn)場作業(yè)人員身體健康，僅采用通風降塵措施難以滿足巷道迎頭粉塵治理需要。為此，眾多技術(shù)人員及研究人員對綜掘巷道粉塵治理技術(shù)展開研究，文中就結(jié)合以往研究成果，并以山西某礦31107運輸巷掘進為工程背景，采用現(xiàn)場實測法對巷道掘進期間粉塵分布情況進行分析，并針對性提出綜合降塵技術(shù)措施，為巷道安全高效掘進創(chuàng)造良好條件。

1.工程概況

山西某礦設(shè)計產(chǎn)能為280萬t/a，井田范圍內(nèi)可采煤層包括2#、3#、7#、11#、13#等，其中淺部的2#及3#煤層資源已回采殆盡，現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在7#及11#煤層。31107運輸巷沿著回采的11#煤層底板掘進，煤層厚度均值3.9m、傾角2°～8°，煤層賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)以優(yōu)質(zhì)的無煙煤，開采經(jīng)濟效益顯著。11#煤層頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖以及細粒砂巖為主，具體巖性參數(shù)見表1。

表1 1#煤層頂?shù)装鍘r性

31107運輸巷為矩形斷面，巷道凈寬×凈高=5.4m×3.9m，設(shè)計掘進長度為1820m，采用EBZ132綜掘機+DWZY/1000/1000自移式機尾+CMM2-21錨桿鉆車方式掘進、運行及支護圍巖，巷道采用錨網(wǎng)索支護方式，全斷面掛網(wǎng)。31107運輸巷掘進期間采用2臺型號FBDNO.7局部通風機+φ800mm風筒供風，供風量為525m3/min。受到掘進斷面大、11#煤層原始含水率低等多因素影響，31107運輸巷掘進期間粉塵質(zhì)量濃度偏高，導(dǎo)致現(xiàn)在作業(yè)人員工作環(huán)境惡劣，不但制約巷道掘進效率而且存在較大的安全風險。

2.巷道粉塵分布特點分析

為掌握在31107運輸巷粉塵分布特點，采用FCC-25粉塵采樣器對不同位置粉塵質(zhì)量濃度進行監(jiān)測。在31107運輸巷內(nèi)左側(cè)為用以運輸煤矸等物料的帶式輸送機、右側(cè)為通風風筒及行人通道，為精準的獲取各位置粉塵質(zhì)量濃度，在巷道內(nèi)間隔25m布置一個測站，每個測站包括有4個測點（測點間距為1m，兩側(cè)測點與巷道間隔均為1.2m），實現(xiàn)巷道全斷面粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測，具體運輸巷內(nèi)粉塵測站布置情況見圖1。依據(jù)31107運輸巷各測站粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果得到巷道內(nèi)全塵、呼吸性粉塵分布情況以及呼吸性粉塵占比，從而掌握掘進巷道內(nèi)粉塵分布情況。

圖1 運輸巷內(nèi)粉塵測站布置示意圖

（1）巷道內(nèi)全塵分布特征。根據(jù)各測站粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果，繪制的運輸巷內(nèi)全塵分布曲線見圖2。從圖中看出，巷道現(xiàn)采用的除塵方式無法及時降低全塵質(zhì)量濃度，巷道內(nèi)各位置全塵質(zhì)量濃度普遍偏高。隨著與巷道掘進迎頭距離的不斷增加，全塵質(zhì)量濃度快速增大，其中在靠近掘進迎頭位置全塵質(zhì)量濃度可超過450mg/m3，隨著測點與巷道迎頭間距增大，全塵粉塵質(zhì)量濃度呈現(xiàn)快速降低趨勢；在100m測點時全塵質(zhì)量濃度降至105mg/m3，僅為掘進迎頭位置前塵質(zhì)量濃度的23.3%；與掘進迎頭間距超過100m后巷道內(nèi)粉塵質(zhì)量濃度降幅不明顯，其中在與巷道迎頭間距400m時巷道內(nèi)全塵質(zhì)量濃度仍可達到49.3mg/m3，分析此部分粉塵主要來源于帶式輸送機運輸?shù)脑骸?/p>

圖2 巷道內(nèi)全塵分布曲線

（2）巷道內(nèi)呼吸性粉塵分布特征。依據(jù)各測站粉塵質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著與掘進迎頭間距不斷縮小，呼吸性粉塵質(zhì)量濃度呈快速增加趨勢，其中在掘進迎頭位置呼吸性粉塵質(zhì)量濃度可達到165mg/m3；在與迎頭間距100m時呼吸性粉塵質(zhì)量濃度仍可達到63.6mg/m3，與巷道迎頭間距增至400m時呼吸性粉塵質(zhì)量濃度為33.6mg/m3。具體巷道內(nèi)各位置呼吸性粉塵與全塵比例統(tǒng)計結(jié)果見圖3。在巷道內(nèi)呼吸性粉塵質(zhì)量濃度占比整體較高，特別是測站與掘進迎頭間距超過150m位置后，分析主要是由于全塵沉降速度較快，而呼吸性粉塵具有比表面積大、體積小、質(zhì)量輕等特點，可在空氣中長時間懸浮并隨著空氣流動而不斷移動，同時帶式輸送機在運輸期間也會產(chǎn)生一定量的呼吸性粉塵。

從運輸巷內(nèi)粉塵質(zhì)量濃度分布監(jiān)測結(jié)果看出，由于31107運輸巷掘進速度快、綜掘機功率大以及截割斷面大，導(dǎo)致掘進迎頭位置粉塵質(zhì)量濃度整體偏高，同時巷道轉(zhuǎn)載、運輸期間會產(chǎn)生一定量的粉塵，從而惡化巷道內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。因此，應(yīng)結(jié)合31107運輸巷粉塵分布特征制定降塵技術(shù)措施。

3.綜合降塵技術(shù)應(yīng)用

針對31107運輸巷掘進迎頭粉塵產(chǎn)生量大、巷道內(nèi)呼吸性粉塵質(zhì)量濃度占比高、掘進現(xiàn)場環(huán)境惡劣等問題，為給運輸巷綜掘創(chuàng)造良好條件，結(jié)合現(xiàn)場情況提出綜合采用掘進區(qū)域內(nèi)煤層注水、綜掘機高壓噴霧降塵、長壓短抽通風除塵、轉(zhuǎn)載機及破碎機噴霧降塵等措施。

（1）掘進區(qū)煤層注水。增加煤層含水率可從根本上降低綜掘機截割期間粉塵產(chǎn)生量，結(jié)合31107運輸巷掘進期間鉆場布置情況。提出在巷道兩側(cè)的鉆場內(nèi)向掘進區(qū)域煤體中布置鉆孔，進行分段式深孔高壓注水。在31107運輸巷鉆場內(nèi)施工兩個注水鉆孔，鉆孔開孔距離巷道底板均為1.5m，鉆孔靠近巷道上部布置，鉆孔孔深及注水深度統(tǒng)一為68m，孔徑為83mm，在鉆孔內(nèi)下放分段式注水封孔器進行分段注水，具體鉆孔內(nèi)分段式注水封孔器結(jié)構(gòu)組成見圖4。通過巷道掘進迎頭布置的注水鉆孔，確保掘進區(qū)域內(nèi)煤體含水率提升至2.8%以上，從而降低綜掘機截割期間以及巷道上部落煤沖擊產(chǎn)生的粉塵量。采用5BZ-2/16型動壓注水機提高鉆孔注水效果，實現(xiàn)高壓注水。

圖4 分段式注水封孔器結(jié)構(gòu)圖

（2）綜掘機機載高壓噴霧降塵。提高綜掘機噴霧降塵效果可有效改善掘進迎頭粉塵質(zhì)量濃度高問題，為此結(jié)合EBZ132綜掘機結(jié)構(gòu)特征，在綜掘機懸臂根部位置增加安裝機載噴霧泵站、懸臂上增設(shè)外噴霧裝置并通過高壓膠管供水，提高截割期間綜掘機噴霧除塵能力，具體現(xiàn)場布置情況見圖5。

圖5 機載高壓噴霧降塵裝置布置示意圖

在綜掘機懸臂上增設(shè)5個G型噴嘴，從而實現(xiàn)截割范圍內(nèi)全覆蓋噴霧。依據(jù)現(xiàn)場情況將噴霧壓力初步設(shè)定為6MPa并可依據(jù)噴霧除塵效果進行調(diào)整，通過高壓噴霧形成降塵帷幕，減少截割期間粉塵外溢量。綜掘機上增設(shè)的機載噴霧泵型號為BP25/8P，該噴霧泵具有性能可靠、體積小以及噴霧壓力調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點。具體在EBZ132綜掘機增設(shè)的機載高壓噴霧系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 機載高壓噴霧系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

（3）增設(shè)除塵風機。針對31107運輸巷迎頭粉塵質(zhì)量濃度高問題，在巷道迎頭采用KCG-600D干式除塵風機，該除塵風機額定處理能力可達到600m3/min，與巷道掘進迎頭供風量接近，可有效改善迎頭環(huán)境質(zhì)量。

（4）破碎機、轉(zhuǎn)載機及巷道內(nèi)噴霧降塵。破碎機及轉(zhuǎn)載點位置容易產(chǎn)生粉塵，因此抑制破碎機及轉(zhuǎn)載點粉塵產(chǎn)生量并減少粉塵外溢量，可改善巷道內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。依據(jù)31107運輸巷內(nèi)使用的破碎機特點，提出在破碎機上增設(shè)集塵罩，在集塵罩上布置有噴霧設(shè)備，在破碎機運行期間通過覆蓋集塵罩減少粉塵外溢量，同時通過噴霧設(shè)備減少破碎機粉塵產(chǎn)生量。在轉(zhuǎn)載點上增設(shè)噴嘴，實現(xiàn)轉(zhuǎn)載點范圍內(nèi)噴霧降塵，從而抑制轉(zhuǎn)載點位置粉塵產(chǎn)生量，同時通過噴霧可增加帶式輸送機上運輸原煤含水率，從而減少運輸期間粉塵量。

在距離掘進迎頭30～50m范圍內(nèi)按照5m間隔布置兩道自動控制的凈化水幕，水幕采用ZPH-127紅外裝置控制，當監(jiān)測到有行人通過時會自動停止噴霧；在凈化水幕附近布置粉塵傳感器，依據(jù)粉塵傳感器監(jiān)測結(jié)果實現(xiàn)凈化水幕自動控制，從而提高凈化水幕噴霧降塵效果。

4.現(xiàn)場應(yīng)用效果

在31107運輸巷采用綜合降塵措施后，巷道掘進迎頭環(huán)境質(zhì)量得以明顯改善、粉塵質(zhì)量濃度明顯降低。通過綜合降塵措施后，掘進迎頭掘進司機位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度分別控制到29.6mg/m3、11.9mg/m3，粉塵治理取得較好效果。

5.總結(jié)

31107運輸巷采用EBZ132綜掘機掘進，受巷道掘進速度快、掘進斷面大、煤層原始含水率低以及現(xiàn)有的除塵措施效果不明顯等多因素影響，31107運輸巷掘進迎頭、巷道內(nèi)粉塵質(zhì)量濃度較高，從而制約巷道掘進效率并影響現(xiàn)場作業(yè)人員身體健康。采用現(xiàn)場測試法對運輸巷內(nèi)全塵、呼吸性粉塵分布情況進行分析，并結(jié)合現(xiàn)場粉塵分布特征，提出綜合采用綜掘機機載高壓噴霧系統(tǒng)、煤層高壓注水、產(chǎn)塵點（轉(zhuǎn)載點及破碎機位置等）噴霧、巷道迎頭凈化水幕等方式進行綜合降塵，并具體給出各降塵方式布置參數(shù)。現(xiàn)場應(yīng)用后，31107運輸巷掘進期間粉塵質(zhì)量濃度大問題得以較好解決，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)掘進迎頭綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度分別控制在29.6mg/m3、11.9mg/m3以內(nèi)，現(xiàn)場采用的綜合降塵技術(shù)取得較好應(yīng)用成果。