巖巷綜掘工作面的綜合降塵與防塵研究

張凈凈

（同煤集團(tuán)晉華宮礦地測(cè)科，山西 大同 037016）

1 前言

巖巷掘進(jìn)中，采用綜掘工藝施工時(shí)，粉塵問題一直困擾工作面安全生產(chǎn)。綜掘機(jī)掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，濃度高達(dá)600～700mg/m3，采取傳統(tǒng)的綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧、撲塵簾、凈化水幕等多種防塵措施，往往效果不明顯，造成整個(gè)工作面甚至回風(fēng)流流經(jīng)巷道粉塵彌漫，視線很差，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)操作完全憑感覺，掘進(jìn)施工時(shí)，巷道不能行人、行車，給安全生產(chǎn)、工程質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)給工人身體健康造成了巨大傷害。因此尋求一種合理高效的巖巷綜掘工作面綜合防塵技術(shù)意義重大，可以有效改善工作環(huán)境，提高工程質(zhì)量和效率，有效減少員工職業(yè)危害。

2 12#層402盤區(qū)2204巷綜掘工作面基本情況

晉華宮礦12#層402盤區(qū)4-2煤輔運(yùn)大巷是本文巖巷綜掘粉塵防治的試驗(yàn)地點(diǎn)，巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)發(fā)育一層夾石，夾石厚度約為0.35m，總體為一單斜構(gòu)造，走向北西、傾向北東。煤層傾角5°～9°/7°，煤層厚度3.45～4.45/4.10m。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2500m，瓦斯絕對(duì)涌出量為4.4m3/min，相對(duì)涌出量為3.92m3/t。II級(jí)自燃，煤層具有爆炸性。

掘進(jìn)作業(yè)利用EBZ-220H型綜掘機(jī)來完成，全斷面一次成型，沿12#層煤層掘進(jìn)，傾角7o左右。巷道為矩形斷面，寬4200mm，高3500mm，掘進(jìn)斷面積14.7m2。該工作面選用兩臺(tái)對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)（其中一臺(tái)備用）壓入式通風(fēng)，最長(zhǎng)供風(fēng)距離為2500m，工作面配風(fēng)量為530.5m3/min，局部通風(fēng)機(jī)型號(hào)FBD NO.8.0/2×55。

3 綜掘工作面防塵技術(shù)

從檢測(cè)的數(shù)據(jù)來分析，4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面的粉塵來源主要包括截割產(chǎn)塵和裝運(yùn)產(chǎn)塵，截割產(chǎn)塵量占85%左右。針對(duì)4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面的產(chǎn)塵特點(diǎn)，綜掘工作面粉塵防治的重點(diǎn)應(yīng)該主要針對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割工序的產(chǎn)塵進(jìn)行防治。擬設(shè)定的綜合防治方案：采用掘進(jìn)機(jī)高壓外噴霧降塵技術(shù)對(duì)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)塵進(jìn)行降塵，對(duì)外逸的粉塵運(yùn)用除塵凈化技術(shù)進(jìn)行處理，采用粉塵濃度超限自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)粉塵濃度的在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)風(fēng)流凈化。綜合防治治理技術(shù)措施的布置圖如圖1所示。

圖1 綜掘工作面綜合防塵主要設(shè)施布置示意圖

3.1 掘進(jìn)機(jī)高壓外噴霧降塵系統(tǒng)

根據(jù)4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面實(shí)況，確定采用掘進(jìn)機(jī)高壓外噴霧降塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)由噴霧泵、水箱、高壓膠管和噴霧裝置五大部門組成。該高壓外噴霧降塵系統(tǒng)利用安裝在掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾架處的噴霧泵將水壓增到8MPa左右，通過掘進(jìn)機(jī)截割臂上的高壓噴霧器噴出高壓水幕覆蓋截割頭及其周圍，實(shí)現(xiàn)截割頭產(chǎn)塵點(diǎn)的降塵目的。

3.2 控風(fēng)裝置

4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面控風(fēng)裝置安裝在局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒出風(fēng)口處，將壓入的軸向風(fēng)改為徑向風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前方形成阻止粉塵向外擴(kuò)散的空氣幕?？仫L(fēng)裝置可以將正壓供風(fēng)進(jìn)行分流，第一部分吹向迎頭對(duì)粉塵和氣體進(jìn)行稀疏；第二部分從風(fēng)筒側(cè)向出口流出，在運(yùn)動(dòng)過程中利用產(chǎn)生的螺旋風(fēng)流形成“風(fēng)墻”，實(shí)現(xiàn)含塵氣流被封鎖在迎頭局部區(qū)域，阻擋了含塵氣流的四處漫延，有效地實(shí)現(xiàn)了控風(fēng)裝置對(duì)于粉塵濃度的控制。

3.3 綜掘面濕式除塵系統(tǒng)

濕式除塵器系統(tǒng)由KCS型礦用濕式除塵風(fēng)機(jī)、負(fù)壓風(fēng)筒、吸塵罩、防爆控制開關(guān)等附件組成。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)晉華宮礦礦井的實(shí)際條件，吸塵罩、除塵器及連接風(fēng)筒都用單軌吊固定在巷道的頂部構(gòu)成抽塵系統(tǒng)，單軌吊是利用單獨(dú)布置的錨桿配合40T型鏈子固定，在巷道頂部中央固定單軌連接而成的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。這樣可以充分利用掘進(jìn)工作面的空間，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，降塵效果好。除塵器運(yùn)行時(shí)，使負(fù)壓風(fēng)筒吸風(fēng)口距工作面始終保持在3m左右，除塵風(fēng)機(jī)吸塵口距迎頭距離≤5m，除塵風(fēng)機(jī)距迎頭距離≤50m，吸風(fēng)量為壓入式風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的1.3倍。

3.4 巷道粉塵濃度超限自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)

為了防止4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面巷道中產(chǎn)生的粉塵隨著回風(fēng)擴(kuò)散到礦井的其他作業(yè)點(diǎn)造成二次污染，在距掘進(jìn)面迎頭100m處安設(shè)一道粉塵濃度超限自動(dòng)噴霧降塵裝置。當(dāng)巷道內(nèi)的粉塵濃度超過設(shè)定限值時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)該位置的風(fēng)流進(jìn)行噴霧降塵，粉塵濃度低于設(shè)定限值時(shí)，噴霧自動(dòng)關(guān)閉，可保障粉塵的擴(kuò)散污染，有效降低巷道內(nèi)的水分含量。通過將粉塵濃度傳感器與煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用，在監(jiān)控主機(jī)上顯示傳感器所在位置的粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)粉塵濃度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

4 配套工藝分析

不僅需要選擇高效的除塵器，同時(shí)還需要確定合理的配套工藝，可以充分地發(fā)揮除塵器的降塵功能，實(shí)現(xiàn)4-2煤輔運(yùn)大巷綜掘面的高效降塵。

4.1 風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)壓入式風(fēng)筒出口實(shí)測(cè)風(fēng)量為370m3/min，除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量應(yīng)為壓入式風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的1.2～1.4倍，擬選用KCS-400D型礦用濕式除塵風(fēng)機(jī)，額定處理風(fēng)量400m3/min，處理風(fēng)量范圍430～480m3/min。

4.2 濕式除塵器的布置

采用自移式單軌吊吊掛濕式除塵器除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單軌吊（含行走機(jī)構(gòu)、泵站）、負(fù)壓風(fēng)筒和濕式除塵器組成，見圖3所示。濕式除塵器包括風(fēng)筒通過單軌吊自移，單軌吊位于巷道中心偏人行道側(cè)300mm，保持負(fù)壓風(fēng)筒超前正壓風(fēng)筒3～5m，負(fù)壓風(fēng)筒位于綜掘機(jī)司機(jī)座位前方。

圖3 單軌吊吊掛濕式除塵風(fēng)機(jī)安裝示意圖

5 試驗(yàn)效果分析

通過在綜掘工作面安裝自移式單軌吊吊掛濕式除塵器除塵系統(tǒng)、配合綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧、凈化水幕等綜合防塵技術(shù)，取得了良好的除塵效果。下面僅以濕式除塵器除塵系統(tǒng)使用效果進(jìn)行對(duì)比。

（1）感觀。除塵風(fēng)機(jī)后方巷道，生產(chǎn)期間未開啟除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，能見度為0；生產(chǎn)期間開啟除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，能見度為20m。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表l。從表1可以看出，使用濕式除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可將巖塵全塵濃度從597mg/m3降低到72.18mg/m3，降低87.9%；可將呼吸性粉塵濃度從190mg/m3降低到70.98mg/m3，降低62. 6%。

表1 掘進(jìn)2204工作面掘進(jìn)機(jī)使用除塵設(shè)備后粉塵測(cè)定表

6 結(jié) 論

（1）4-2煤輔運(yùn)大巷的粉塵來源主要包括截割產(chǎn)塵和裝運(yùn)產(chǎn)塵，截割產(chǎn)塵量占85%左右。從實(shí)際情況來看，必須要將控塵和除塵技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)行綜合防塵技術(shù)的治理，才能有效地降低綜掘面粉塵濃度。

（2）應(yīng)用高抽塵、高除塵的濕式除塵系統(tǒng)，能有效地降低環(huán)境粉塵濃度。合理的通風(fēng)除塵工藝，有利于提高工作面控塵、除塵效率。

（3）該除塵技術(shù)工藝可以有效降低粉塵濃度，從而改善工作環(huán)境，提高工程質(zhì)量和效率，有效減少員工職業(yè)危害，可以在巷道斷面適合的巖巷大力推廣使用。