淺析檸條塔煤礦粉塵綜合防治示范礦井建設

惠雙琳

(陜煤集團神木檸條塔礦業有限公司，陜西 神木 719300)

0 引言

榆神府礦區是我國陜北煤炭基地的主力礦區，規劃有千萬噸級礦井10多對，且礦井現代化和機械化程度極高，在大幅提升產量的同時，也加劇了井下開采過程中的粉塵危害，且形勢日趨嚴峻。我國改革開放進入新時期后，國家相繼出臺了《國家職業病防治規劃》《煤礦作業場所職業病危害防治規定》及新版《煤礦安全規程》等政策法規，將煤礦粉塵職業病防治納入到政府重點工作之中，要求各煤炭生產企業切實做好粉塵職業病危害源頭治理[1-3]。因此，為積極響應國家政策，陜煤集團神木檸條塔礦業有限公司依據國家相關文件精神向發改委申報了2016年度煤礦重大災害治理示范工程建設項目，借鑒國內外先進的技術措施和管理經驗，在陜北煤炭基地建立了首個粉塵綜合防治示范礦井，有效地改善了井下的作業環境，其建設經驗可為榆神府礦區其他礦井的粉塵治理提供一定的參考依據。

1 總體情況

1.1 礦井概況

檸條塔煤礦位于陜西省神木市西北部，距神木市約36 km，隸屬陜煤集團陜北礦業分公司，省屬國有重點煤礦，是國家發改委核準批復的陜西省神府礦區南區總體規劃確定的四對大型礦井之一。礦井于2013年11月建設投產，設計能力為1 200萬t/a，核定生產能力1 800萬t/a，目前剩余服務年限68.9 a。礦井井田東西寬約9.5 km，南北長約19.5 km，面積119.8 km2，采用斜井多水平開拓，走向長壁后退式一次采全高工藝回采，分區式通風，瓦斯涌出量低，綜采綜掘機械化程度100%。

檸條塔煤礦裝備了代表國內先進水平的綜合機械化采煤與掘進設備，布置有3個回采工作面，1～2備采工作面和5～6個掘進工作面，生產能力極大、粉塵污染嚴重。雖然礦井采用了諸如采掘機械自帶內外噴霧、架間噴霧、連采機自帶除塵器等多種措施對其進行綜合治理，并制定了礦井防塵管理制度，但由于礦井防塵并未進行系統設計，實用性和可靠性相對較差，且使用的技術措施相對落后，治理效果不太理想，粉塵濃度仍超過國家相關標準數倍，亟待進行治理。

1.2 示范礦井建設總體規劃

為保證示范礦井建設能夠順利開展，礦井依托國內科研單位及設計單位的技術優勢，制定科學的總體規劃。

充分調研：通過現場調研和基礎數據測試，掌握礦井各塵源的粉塵理化性質、產塵特點及粉塵運移規律等，并對現有防塵措施的使用效果進行評價，為防塵系統的設計提供參考依據。

系統設計：針對礦井防塵存在的問題，結合調研成果，遵循“技術先進、防塵效果好、技術途徑可行、經濟合理”的原則，采用國內外先進的防塵技術措施對礦井的防塵系統進行設計和優化。

設備先進：針對選用的防塵措施，遵循“自動化程度高、可靠性、適用性強”的原則在全國范圍內公開招標，采購性能最優的防塵裝備，并選用專業化的施工隊組進行安裝和調試，確保達到設計的降塵要求的目標。

粉塵監測：在粉塵治理取得明顯效果的基礎上，根據國家相關標準，基于礦井現有安全監控系統，建立全礦井粉塵在線監測系統，實現對井下各個主要作業區域粉塵濃度的實時監測。

完善制度：在現有防塵管理制度的基礎上，采用先進的管理理念，進一步完善礦井防塵的組織機構、管理制度、操作規程、考核辦法等制度，確保示范化礦井的效果能夠得到持續。

2 粉塵綜合治理技術措施

檸條塔煤礦主要的產塵區域是綜采工作面、連采工作面、綜掘工作面、轉載運輸及主要巷道等，相對應的塵源分別是在采煤機割煤、連采機割煤、綜掘機割煤和轉載運輸上，在榆神府礦區的礦井極具代表性，下面針對上述5種塵源采取相對應的治理技術措施。

2.1 采煤機割煤粉塵治理

采煤機割煤是綜采工作面最主要的塵源[4-6]，其產塵量約占總量的60%，是綜采面粉塵治理的難點。檸條塔煤礦綜采工作面采用一次采全高、走向長壁后退式、綜合機械化、全部垮落法管理頂板的回采方法，采高6.3 m，循環進度0.865 m。采煤機采用雙向割煤，前滾筒沿頂板割頂煤，后滾筒割底煤，往返進兩刀，日進尺10.38 m。工作面配備了3臺S300型高壓噴霧泵站，額定工作壓力14.5 MPa，額定流量517 L/min，配風量2 228.6 m3/min，工作面有效斷面26 m2，平均風速約1.43 m/s。正常割煤司機處的原始時間加權平均總粉塵濃度約56 mg/m3。

針對該問題，結合大采高綜采工作面采煤機割煤的產塵特點和粉塵運移規律，首先采用采煤機塵源跟蹤噴霧有效覆蓋和快速濕潤采煤機滾筒塵源及垮落破碎煤體，從根本上最大限度減少浮游粉塵的產生和飛揚；再采用采煤機含塵氣流控制噴霧，引導上風滾筒搖臂處產生的高濃度含塵氣流沿煤壁一側運動，避免其向人行道的擴散，同時對沿煤壁一側運移的粉塵進行有效凈化。如圖1所示。

圖1 采煤機割煤粉塵治理原理示意圖

系統經調試后，設置采煤機塵源跟蹤噴霧上、下滾筒處各同時開啟2架，每架布置噴嘴4個，設置采煤機控降塵順風噴霧噴嘴5個，調節系統噴霧壓力為6 MPa，噴霧總水量約160 L/min，可使采煤機司機處的總粉塵加權平均濃度由56 mg/m3降至4.8 mg/m3，降塵效率可達到91.4%。

2.2 連采機割煤粉塵治理

連采機割煤是連采工作面最主要的塵源[7]，其產塵量約占總量的50%，是連采工作面粉塵治理的難點。檸條塔煤礦連采工作面開采煤層平均厚度為7.3 m，選用12CM15-10D型連續采煤機割煤雙巷掘進，每隔65 m掘進一個聯絡巷，雙巷共用一套運輸皮帶，巷道斷面5.8 m×3.8 m，有效斷面積為20 m2左右，配風量為400 m3/min，正常割煤時司機處的原始時間加權平均總粉塵濃度約為23 mg/m3左右。

針對該問題，結合連采工作面連采機割煤的產塵特點和粉塵運移規律，在保證掘進機原有內外噴霧正常使用的前提下，采用長壓短抽通風除塵系統，利用附壁風筒將壓入工作面的軸向風流改變成沿巷道周壁旋轉的徑向風流向迎頭推進，在司機的前方建立起空氣屏幕，控制飛揚粉塵向后方擴散，再利用高效抽塵凈化系統將含塵氣流吸入至除塵器凈化處理，將干凈的風流排至巷道中。如圖2所示。

圖2 連采工作面長壓短抽通風除塵系統配套示意圖

系統經調試后，設置附壁風筒軸徑向出風比為1∶2，軸、徑向出風距離分別為10 m、18 m，選用KCS-550D型除塵器進行配套，可將連采機司機處的總粉塵加權平均濃度由23 mg/m3降至2.5 mg/m3，降塵效率可達到89.1%。

2.3 綜掘機割煤粉塵治理

綜掘機割煤是綜掘工作面最主要的塵源，其產塵量約占總量的70%，是綜掘工作面粉塵治理的難點[8]。檸條塔煤礦綜掘工作面開采煤層平均厚度4.8 m，選用EBZ-160型懸臂式綜掘機沿底板單巷掘進，每隔65 m掘進一個倒車硐室，巷道斷面尺寸5.8 m×3.75 m，有效斷面積為20 m2左右，配風量為375 m3/min，正常割煤時司機處的原始時間加權平均總粉塵濃度為28.8 mg/m3左右。

針對該問題，結合連采工作面連采機割煤的產塵特點和粉塵運移規律，在保證掘進機原有內外噴霧正常使用的前提下，采用長壓短抽通風除塵系統進行治理，系統原理與綜掘工作面相同，僅在配套工藝上有所不同，如圖3所示。

圖3 綜掘工作面長壓短抽通風除塵系統配套示意圖

系統經調試后，設置附壁風筒軸徑向出風比為1∶2.5，軸、徑向出風距離分別為8 m、15 m，選用KCS-550D型除塵器進行配套，可將綜掘機司機處的總粉塵加權平均濃度由28.8 mg/m3降至1.9 mg/m3，降塵效率可達到93.4%。

2.4 轉載運輸粉塵治理

轉載運輸是礦井主要巷道最主要的塵源，檸條塔煤礦現有膠運大巷約12 km，主皮帶轉載點12個，作業區域原始總粉塵加權平均濃度可達8.4 mg/m3，針對該問題，根據產塵特點主要采用觸控自動噴霧進行治理，如圖4所示。單個噴霧設噴嘴2個，采用靜壓供水，噴霧用水量4 L/min，可將總粉塵加權平均濃度由8.4 mg/m3降至1.2 mg/m3，降塵效率可達到85.7%。

圖4 轉載運輸噴霧布置示意圖

2.5 主要巷道風流凈化

礦井輔運大巷、膠運大巷及回風大巷中懸浮粉塵多為呼吸性小顆粒粉塵，為此，采用定時光控噴霧進行風流凈化，如圖5所示。單個噴霧設噴嘴5個，采用靜壓供水，噴霧用水量12 L/min。

3 粉塵監測與完善制度

1-傳感器；2-控制器；3-過濾器；4-電磁閥；5-噴霧架圖5 定時光控噴霧安裝示意圖

3.1 粉塵在線監測

礦井粉塵得到有效治理后，在滿足目前國家標準規范的基礎上，依托現有的礦井監測系統和井下工業環網對采煤工作面回風巷端頭和回風巷出口，掘進工作面迎頭、工作面巷道口以及主要巷道等重點區域的粉塵濃度進行實時監測和上傳，如圖6所示。據此，在全礦井安裝布置粉塵濃度傳感器共32臺，極大地提升了井下重點區域粉塵濃度的監測和管理水平。

圖6 礦井粉塵濃度監測系統組網示意圖

3.2 完善制度

在粉塵綜合防治示范礦井建設的過程中，同步完善現有的防塵管理制度，主要涉及組織機構、管理制度、操作規程和考核辦法等4個方面。

成立組織機構：成立以檸條塔礦業公司總經理為組長的粉塵綜合防治領導組織機構，總經理為第一負責人，總工程師為業務及技術負責人，通風副總師負責協助總工程師進行管理，生產管理部負責具體管理和日常監督，生產運營中心負責日常管理，各區隊負責具體實施，其他部門在其職責范圍內負責配合。

完善管理制度：通過總結示范礦井建設經驗，確定能夠達到的防治目標及技術途徑，再結合現行粉塵防治標準規范，完善綜合防塵責任制度、粉塵隱患排查制度、防塵設施檢查維護制度、巷道沖洗制度、粉塵檢測制度等綜合防塵管理制度。

修訂操作規程：針對此次示范礦井建設過程中使用的新技術、新裝備，結合礦井的實際情況，修訂綜采工作面、連采工作面、綜掘工作面、主要巷道、轉載運輸等綜合防塵設備的操作規程，確保設備能夠得到正常的檢修和維護。

制定考核辦法：針對性地制定適合實際情況的粉塵綜合防治工作考核辦法，對照綜合防塵管理制度、操作規程等，將防塵工作落實到人，對不按規定開展工作的個人、區隊或管理部門進行適當地懲罰，并對嚴格按規定開展工作的個人、區隊或管理部門進行適當地獎勵。

4 結論

(1)針對檸條塔煤礦各產塵區域主要塵源的產塵特點和粉塵運移規律，綜合采用采煤機塵源跟蹤噴霧降塵、含塵氣流噴霧控降塵、長壓短抽通風除塵、觸控自動噴霧降塵、定時光控噴霧降塵等先進技術，有效地解決了采煤機割煤、連采煤機割煤、綜掘機割煤、主要巷道、轉載運輸等塵源的粉塵污染問題，達到或接近現有國家相關標準。

(2)通過充分調研對全礦井粉塵的綜合防治進行總體規劃和系統設計，采用目前國內外最先進的粉塵防治技術及裝備建立綜合防塵系統，同步建立全礦井粉塵在線監測系統，對現有防塵管理制度進行改進和完善，有效地改善了井下的作業環境，在陜北煤炭基地榆神府礦區取得了極好的示范作用。