掘進工作面粉塵綜合治理新技術在白莊煤礦的實踐與應用

王連富+戴月升+張維勇+李剛

摘 要：我國井工礦井掘進工作面目前使用的除塵裝備無法對粉塵進行徹底有效治理，掘進工作面粉塵濃度遠遠超出國家煤礦粉塵防治標準，對作業員工的身體健康和煤礦安全生產造成嚴重威脅。白莊煤礦在掘進工作面粉塵綜合防治新技術和新裝備方面進行研究，取得一定成果，現場應用效果較好。

關鍵詞：掘進工作面；粉塵；治理；新技術；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.076

1 掘進工作面粉塵治理現狀

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，立井多水平分區式開拓，分為三個水平，-150m水平已回收完畢，無采掘活動， -250m水平和-430m水平為生產水平，主采31、8、9和10層煤。經新汶礦業集團有限責任公司計量檢測中心檢測，31、8、9和10層煤煤塵爆炸指數為30%-45%，均有煤塵爆炸性。現有8個掘進工作面，其中2個綜掘工作面，2個全巖錨噴掘進工作面，4個炮掘工作面。

掘進工作面主要采取爆破使用水炮泥、風水爆破遠程噴霧、短臂注水、轉載點噴霧、綜掘機噴霧加壓泵聯動裝置、水射流除塵風機、回風水幕、潮式噴漿機、捕塵簾、裝巖撒水等除塵措施，一定程度改善了掘進工作面作業環境。

2 掘進工作面粉塵綜合治理新技術

針對掘進工作面除塵設施和設備存在耗水量大、自動化水平低等問題，研制出掘進工作面中深孔高壓煤體注水、礦用個體正壓呼吸防塵口罩和掘進工作面粉塵在線監測和自動控制除塵系統等新設備、新技術，實現了掘進工作面粉塵的有效治理，保證掘進工作面粉塵濃度達到或基本達到國家行業和衛生標準。

2.1 掘進工作面中深孔高壓煤體注水

2.1.1 掘進工作面煤層短臂注水存在問題

煤體注水是通過鉆孔，將壓力水和水溶液注入煤體，增加水分，通過濕潤煤體內的原生煤塵、增強煤體塑性來降低煤塵產生量。掘進工作面普遍采用短臂煤體靜壓注水，注水孔深度1.5米，注水壓力2-3MPa，每班進行注水。

（1）每班掘進進尺任務緊，百分之百落實每班的煤體注水措施，現場落實管理難度大。

（2）靜壓注水壓力2-3MPa，每孔注水時間為40—75min，由于注水壓力小，時間短，致使達不到注水效果。

2.1.2 掘進工作面中深孔高壓煤體注水

通過對短臂煤層注水工藝的4項改進，單孔注水量由0.007m3/m增加到由0.11m3/m，注水量提高了16倍，煤層含水率保持在4.6—5.3%，注水效果達到設計要求。

（1）掘進迎頭煤體注水孔深度由1.5m增加為8m，使一次注水濕潤煤層長度由原來的2米增加到11米，滿足了一個圓班掘進進尺的要求。

（2）結合白莊煤礦小鉆孔鉆進的實際，定制了小直徑煤層注水封孔器，使封孔距離深入煤體實體2m以上，為實施高壓煤體注水的快速封孔創造了條件。

（3）注水方式由靜壓注水改為高壓注水，注水壓力達到12MPa，提高了單位時間注水量。

（4）煤層注水由原來每班班中注水改為早班檢修時間集中注水，保證了注水時間。煤體注水時間選在早班8到12點檢修時間，大班管理人員能夠對煤體注水工作落實情況進行檢查，提高了現場檢查和督查效果。

2.2 礦用個體正壓呼吸防塵口罩

2.2.1 綜掘機司機和噴漿手個體防護存在問題

掘進工作面掘進作業施工中，綜掘機司機和噴漿手是高濃度粉塵下的作業崗位，主要通過佩戴3M防塵口罩進行個體防護。佩戴3M防塵口罩的員工吸氣時，口罩內處于負壓狀態，如果防塵口罩佩戴不正確或者口罩與面部皮膚接觸不嚴密，吸氣過程中，粉塵會順著縫隙吸入人體，大大影響防塵口罩的過濾效果，起不到應有的防護作用，從而影響員工的身體健康。

2.2.2 礦用個體正壓呼吸防塵口罩結構和工作原理

礦用個體正壓呼吸防塵口罩由集風罩、送風管路（直徑30mm 、長度10-15m食品級塑料管）和防塵面罩三部分組成，送風管路兩端頭采用卡子與集風罩和防塵面罩聯成一體。利用迎頭局部通風機采風筒內產生的壓力，將風筒內新風通過集風罩、送風管路送入正壓呼吸防塵口罩內，使正壓呼吸防塵口罩內部始終保持正壓狀態，并提供新鮮風流，徹底解決了因防塵口罩佩戴不合格而造成粉塵吸入的問題。

2.2.3 礦用個體正壓呼吸防塵口罩使用方法

使用時，綜掘機司機和噴漿手將防塵口罩佩戴好，將集風罩由風筒出風口插入風筒，使集風罩迎著風流方向，利用迎頭局部通風機在風筒內產生的壓力，將風筒內新風通過集風罩、送風管路送入正壓呼吸防塵口罩內，使正壓呼吸防塵口罩內部始終保持正壓狀態，并源源不斷送入新鮮風流供綜掘機司機和噴漿手呼吸。

2.3 掘進工作面粉塵在線監測和自動控制除塵系統

2.3.1 自動化除塵系統存在問題

目前我國使用的粉塵在線監測與自動噴霧除塵裝置（系統）是依托粉塵濃度傳感器和光控傳感器，通過控制全斷面凈化噴霧的電磁閥，實現粉塵超限的自動降塵。由于是采用普通全斷面噴霧進行降塵，除塵效率低、耗水量大，只適用于泄水條件好的大巷降塵使用，而在掘進工作面尤其是下山掘進工作面基本無法使用，且每套售價3萬元，僅在個別大型煤礦使用，中小型煤礦還未推廣普及。

2.3.2 掘進工作面粉塵在線監測和自動控制除塵系統

該系統是以粉塵在線監測系統為平臺，成為集粉塵在線監測和自動除塵與一體的自動化控制系統，實現了粉塵在線監測系統與高效電動除塵風機、噴漿機（綜掘機）與高效電動除塵風機的有效關聯，實現了爆破、噴漿、割煤三個主要產塵環節的有效除塵，以及對掘進作業場所時時監測和粉塵濃度超限后的自動清塵，確保作業場所粉塵濃度時時達標。

（1）系統設備布置。

掘進工作面粉塵在線監測和自動控制除塵系統主要由KJ76N-F型監控分站、電動除塵風機、電磁閥、抽出式負壓風筒、抽出式負壓三通、設備狀態開停傳感器等設備組成。

（2）系統工作原理。

白莊煤礦使用的粉塵在線監測系統是山東淄博瑞安特生產的KJ76N-F型監測監控系統，監控分站使用的是KJ76N-F型分站，監控分站采集的粉塵濃度模擬信號傳輸到地面監測監控中心的控制電腦。地面監測監控中心通過控制電腦將粉塵傳感器全塵濃度報警值設定為4mg/m3。

1）粉塵傳感器和電動除塵風機聯動控制原理：當全塵濃度小于4mg/m3時，KJ76N-F型監控分站處于常開狀態，電動除塵風機開關無法啟動。當全塵濃度大于4mg/m3時，KJ76N-F型監控分站動作，轉化為常閉狀態，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通電打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵作業。

2）噴漿機和電動除塵風機聯動控制原理：噴漿機啟動后，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通電打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵作業。

3）綜掘機和電動除塵風機聯動控制原理：綜掘機啟動后，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通電打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵作業。

3 使用效果評價

為驗證新技術和新裝備在現場的應用效果，白莊煤礦在3900II號面軌道順槽和九采區軌道錨噴工作面進行了工業性試驗，并由肥城礦業集團職業病防治研究所對使用前和使用后粉塵防治效果進行測定。

新技術和新裝備使用后，全塵濃度和呼塵濃度降塵率均在84%以上，極大改善了作業場所的環境狀況，在耙裝機（綜掘機）后建立了無塵安全區，達到了預期的粉塵防治效果。

4 結論

掘進工作面中深孔高壓煤體注水、礦用個體正壓呼吸防塵口罩和掘進工作面粉塵在線監測和自動控制除塵系統分別在一次性塵源治理、個體用品防護和粉塵治理自動化三個方面提出了解決思路、辦法和裝備，并在實踐中取得了較好的應用效果，有效解決了掘進工作面粉塵治理的難題，為我國井工礦井掘進工作面的粉塵治理具有很強的指導意義。

作者簡介：王連富（1968-），男，山東莒縣人，高級工程師，安監局副局長。