掘進(jìn)巷道粉塵分布規(guī)律及防治措施

張惠波

（山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司 ，山西 隰縣 041300）

1 掘進(jìn)巷道概況

山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司為年產(chǎn)90萬(wàn)t礦井，主采煤層有2號(hào)、3號(hào)、10號(hào)以及11號(hào)煤層，正在回采2號(hào)煤層。2號(hào)煤層平均厚度為1.6m，直接頂為砂礫巖，厚度為7.04m，上距K8砂巖25m左右；直接底為泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚度在1.63m。現(xiàn)在井下正在掘進(jìn)2號(hào)煤層1209回采工作面材料巷，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為755m，凈寬為4m，凈高為2.5m，矩形斷面，凈面積為10m2，礦井通風(fēng)采用的局部風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBDNO.7.1，配套采用的風(fēng)筒直徑為800mm。風(fēng)筒懸掛在巷道的左上角位置，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的風(fēng)筒供風(fēng)量在500m3/min。

巷道為半煤巖巷道，采用型號(hào)為EBZ-160綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，采用錨桿+錨索+錨網(wǎng)支護(hù)形式，掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行支護(hù)。掘進(jìn)機(jī)邊掘進(jìn)邊進(jìn)行噴霧降塵。

2 粉塵濃度測(cè)量

2.1 測(cè)量方法

礦井井下粉塵濃度測(cè)定一般采用稱重法、光電法以及計(jì)數(shù)法等，其中稱重法操作方便，測(cè)量結(jié)果精度高，在粉塵濃度測(cè)定中應(yīng)用較為廣泛[1～2]。因此，在對(duì)1209回采工作面材料巷粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定時(shí)，也采用稱重法進(jìn)行。選用防爆粉塵采樣器型號(hào)為FCC-25，該采樣器可以連續(xù)工作接近4h，主要結(jié)構(gòu)

式中：C 為巷道內(nèi)測(cè)定的粉塵濃度（mg/m3）；W1、W2分別為采樣前后的濾薄重量（g）；Q為采樣器流量（ml/s），t表示采樣器采樣時(shí)間（s）。

2.2 測(cè)量采樣點(diǎn)布置

在1209回采工作面材料巷內(nèi)左側(cè)為皮帶輸送機(jī)，右側(cè)為人行通道，為了準(zhǔn)確的測(cè)量巷道內(nèi)粉塵濃度分布，適當(dāng)?shù)膶?duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行加密。在橫向方向上距離巷道右?guī)图s1m位置，縱向方向上距離巷道掘進(jìn)工作面25m位置處設(shè)置一個(gè)測(cè)量采樣點(diǎn)，之后在橫向方向上采樣點(diǎn)均是距離巷道右?guī)?m，縱向方向采樣點(diǎn)間隔75m。具體在巷道內(nèi)的采樣點(diǎn)布置如圖1所示。組成包括抽氣泵、采樣頭、計(jì)時(shí)器以及流量恒定電路等。基本工作原理是先對(duì)采樣頭采用的薄膜重量進(jìn)行測(cè)量，隨后按照測(cè)量程序開(kāi)啟抽氣泵一段時(shí)間后，對(duì)采樣后的濾薄重量進(jìn)行再次測(cè)量，從而計(jì)算出巷道內(nèi)粉塵濃度，具體計(jì)算公式如下[3]：

圖1 巷道內(nèi)粉塵測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.3 測(cè)量方法

對(duì)巷道內(nèi)粉塵濃度進(jìn)行測(cè)頂?shù)木唧w方法為[4～6]：

1）首先將采樣器采樣膜進(jìn)行干燥稱重，得到W1；

2）將采樣器放置到1209回采工作面材料巷粉塵測(cè)點(diǎn)位置，并將采樣器支架高度設(shè)置為1500mm（呼吸性粉塵漂浮高度）；

3）將采樣器采樣頭迎向掘進(jìn)工作面（回風(fēng)方向），采樣器工作時(shí)間設(shè)定為20min，吸入流量值設(shè)定為20ml/min；

4）巷道掘進(jìn)工作面正常掘進(jìn)，待30min（粉塵全部在巷道內(nèi)彌散）后，對(duì)粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量；

5）測(cè)量時(shí)在同一個(gè)測(cè)點(diǎn)先后采用全塵采樣頭、呼吸性粉塵采樣頭進(jìn)行采樣，采樣結(jié)束后，取出濾薄，并將濾薄對(duì)折，放入到預(yù)先準(zhǔn)備好的采樣盒內(nèi)，便于保存；

6）將采樣取出的濾薄進(jìn)行連續(xù)烘干稱量，待兩次測(cè)量間的變化在0.1mg以內(nèi)時(shí)，便可以停止烘干，記錄為采樣后的濾薄W2。按照公式（1）就可以對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)位置處的全塵以及呼吸性粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量。

3 測(cè)量結(jié)果分析

根據(jù)1209回采工作面材料巷測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度測(cè)量結(jié)果，可以對(duì)掘進(jìn)工作面全塵濃度的分布規(guī)律、運(yùn)移規(guī)律以及呼吸器粉塵占全塵比例。通過(guò)計(jì)算出的數(shù)據(jù)可以繪制出全塵以及呼吸性粉塵在1209回采工作面材料巷分布曲線圖。

3.1 掘進(jìn)巷道內(nèi)全塵分布規(guī)律

根據(jù)井下全塵測(cè)量結(jié)果，繪制出全塵在巷道內(nèi)的分布曲線，具體如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)巷道內(nèi)全塵分布圖

從圖2中可以看出，在掘進(jìn)工作面采用噴霧降塵方式不能將巷道內(nèi)的全塵濃度降低至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。巷道內(nèi)距離掘進(jìn)工作面越近，全塵濃度越高。在巷道迎頭位置的第一個(gè)粉塵測(cè)點(diǎn)測(cè)出的全塵濃度達(dá)到153mg/m3，隨著與巷道掘進(jìn)迎頭距離增加，全塵濃度不斷降低。當(dāng)距離巷道掘進(jìn)迎頭50m以上時(shí)，巷道內(nèi)全塵濃度降低至131mg/m3，相對(duì)于距離掘進(jìn)迎頭25m位置50m位置時(shí)全塵濃度降低22mg/m3，粉塵濃度降低14.4%；當(dāng)距離巷道掘進(jìn)迎頭100m時(shí)，巷道內(nèi)全塵濃度迅速降低，降低至54.2mg/m3，粉塵濃度降低量較25m時(shí)降低98.8 mg/m3，降低幅度達(dá)到65.2%。與巷道掘進(jìn)迎頭距離超過(guò)100m后隨著距離的增加，巷道內(nèi)粉塵濃度降低幅度較小，當(dāng)距離掘進(jìn)面迎頭200m時(shí)，巷道內(nèi)全塵濃度在31mg/m3附近波動(dòng)，變化不明顯。在接近巷道出口位置，巷道內(nèi)粉塵濃度為25.4mg/m3，仍遠(yuǎn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高，需要結(jié)合采用其他的防塵措施。

3.2 掘進(jìn)巷道內(nèi)呼吸性粉塵分布規(guī)律

根據(jù)井下呼吸性粉塵測(cè)量結(jié)果，繪制出呼吸性粉塵在巷道內(nèi)的分布曲線，具體如圖3所示。

圖3 掘進(jìn)巷道內(nèi)呼吸性粉塵分布圖

從圖3中可以看出，呼吸性粉塵在在巷道內(nèi)的濃度變化不明顯。在距離巷道掘進(jìn)迎頭25m位置處，呼吸性粉塵濃度為36.2mg/m3，在距離巷道掘進(jìn)迎頭100m位置時(shí)，呼吸性粉塵濃度為30.2mg/m3，濃度變化不明顯。隨著預(yù)巷道掘進(jìn)迎頭距離的不斷增加，呼吸性粉塵濃度有減小趨勢(shì)，但是降低幅度較小。在距離巷道掘進(jìn)迎頭500m位置時(shí)，呼吸性粉塵濃度仍有20.2%，遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的呼吸性粉塵濃度。

4 呼吸性粉塵占比分析

在正常掘進(jìn)的煤巷中，粉塵濃度降低措施主要是通過(guò)通風(fēng)轉(zhuǎn)移粉塵以及噴霧降塵進(jìn)行。巷道不同距離中呼吸粉塵占到全塵濃度比例是判定掘進(jìn)巷道粉塵治理效果的重要指標(biāo)。1209回采工作面材料巷不同位置呼吸性粉塵占全塵比值如圖4所示。

圖4 巷道內(nèi)呼吸性粉塵占全塵比值分布圖

從圖4中可以看出，隨著與巷道掘進(jìn)迎頭距離的不斷增加，呼吸性分粉塵占全塵濃度比例呈現(xiàn)出現(xiàn)急劇增加，后趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。在25m位置呼吸性分粉塵占全塵濃度比例為26.1%，在248m位置呼吸性分粉塵占全塵濃度比值為86.1%。與巷道掘進(jìn)迎頭距離越遠(yuǎn)，全塵濃度不斷降低，但是呼吸性粉塵占比不斷提升，同時(shí)呼吸性粉塵是導(dǎo)致矽肺病的主要因素，表明巷道內(nèi)的粉塵危害性并沒(méi)有隨著與掘進(jìn)迎頭距離增加而降低。

呼吸性粉塵占比較大的主要原因是，隨著時(shí)間的推移，全塵自然下沉量較大，但是呼吸性粉塵的自然沉降量卻十分有限，在井下巷道測(cè)量值中呼吸性粉塵還有增加趨勢(shì)。呼吸性粉塵的體積小，比表面積大，在空氣中受到的浮力與自身的重力接近，容易在空氣中長(zhǎng)時(shí)間懸浮，加之巷道內(nèi)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸也不斷的產(chǎn)生粉塵、行人行走會(huì)帶起部分積塵。上述諸多種因素綜合作用導(dǎo)致呼吸性粉塵降低幅度較小，占全塵比值高。

5 建議措施

根據(jù)1209回采工作面材料巷粉塵濃度測(cè)量結(jié)果，降低巷道掘進(jìn)時(shí)粉塵產(chǎn)生量可以從以下幾個(gè)方面著手：掘進(jìn)迎頭煤層注水；增設(shè)除塵風(fēng)機(jī)；安裝凈化水幕；對(duì)巷道沖水清洗。

1）掘進(jìn)迎頭煤層注水。根據(jù)1209回采工作面材料巷掘進(jìn)的2號(hào)煤層賦存情況，在掘進(jìn)迎頭采用單孔注水方式，注水孔孔徑為73mm，鉆進(jìn)深度為80mm。采用型號(hào)為5BZ-2/16型動(dòng)壓注水機(jī)，注水壓力控制在16MPa，注水封孔器采用KSS63型，單個(gè)注水鉆孔的注水量要在120m3左右，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水情況具體確定。

2）增設(shè)除塵風(fēng)機(jī)。在1209回采工作面材料巷掘進(jìn)迎頭增設(shè)布置型號(hào)為KCS-300D型礦用濕式防爆除塵風(fēng)機(jī)，降低掘進(jìn)迎頭粉塵量。同時(shí)由于巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵粒徑以及密度小，為了降低除塵效果，需要在除塵風(fēng)機(jī)用水中調(diào)價(jià)一些藥劑，提升水對(duì)粉塵的吸附率，提高除塵效果。

3）安裝凈化水幕。在掘進(jìn)工作面迎頭30m范圍內(nèi)布置兩道凈化水幕，在巷道出口20m位置處布置一道凈化水幕。巷道迎頭凈化水幕采用ZPH-127紅外裝置，根據(jù)粉塵濃度自動(dòng)控制噴霧除塵，提升除塵的針對(duì)性，并降低水對(duì)巷道底板影響。

4）在轉(zhuǎn)載機(jī)上架設(shè)防塵罩，降低落煤時(shí)粉塵的溢散量，并安排專人定期對(duì)已經(jīng)掘進(jìn)的巷道進(jìn)行噴水清掃，降低積塵揚(yáng)起量。