掘進巷道綜合防塵措施的優化應用

白海風

（大同煤礦集團虎龍溝煤礦， 山西 朔州 036000）

引言

巷道掘進期間割煤、爆破、破碎、轉載、運輸等過程會產生大量的粉塵，再加上井下巷道風量較大，造成井下空氣中粉塵含量較高。在粉塵含量較高的巷道中作業，不僅會對工作人員健康造成隱患、降低工作面的標準化水平，而且由于工作人員能見度下降，會導致工作人員誤操作。在粉塵較大的巷道中，如果遇到明火很容易引起巷道煤塵爆炸。因此為了確保煤礦安全生產，需采取合理有效的降塵措施，確保工作面安全生產[1]。

1 巷道概況

大同煤礦集團虎龍溝煤礦21505 巷位于一盤區北部，巷道設計長度為1 505 m，巷道設計斷面規格（寬×高）為4.0 m×3.5 m，巷道掘進煤層為5 號煤層，平均厚度為12 m；巷道在開口前120 m 由于拐彎巷道較多不利于機械化掘進施工，采用爆破掘進施工工藝，巷道掘進120 m 且待系統掘進完成后采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進580 m。

由于巷道掘進前期防塵措施不到位或者不合理，導致巷道內粉塵濃度大，經現場檢測發現巷道掘進時粉塵質量濃度達104 mg/m3，能見度不足8.0 m，不僅降低了巷道質量標準化水平，而且高濃度粉塵不利于人員安全施工[2]。

2 21505 巷原防塵措施及問題分析

2.1 原防塵措施

1）爆破施工防塵措施。巷道爆破時，工作人員通常采用干式鉆機進行鉆孔，打鉆時利用局部通風機進行通風，同時在巷口安裝噴霧裝置進行降塵。

2）機掘施工防塵措施。巷道機掘時，工作人員在巷道頂板每隔100 m 安裝一個噴霧裝置，同時在運輸線路各轉載點及掘進機機頭部安裝噴霧裝置[3]。

2.2 主要存在的問題

1）掘進巷道通常采用干式鉆機及螺旋式麻花釬桿，同時配套使用合金鋼鉆頭進行鉆孔。鉆機的工作原理是通過高壓風帶動釬桿轉動來實現鉆孔，這種鉆孔方式不具備噴霧降塵功能，而且在鉆孔期間會產生較多的粉塵[4]。

2）巷道爆破時，炸藥爆炸的同時會產生較大的瞬間沖擊波，沖擊波會造成周圍煤壁及底板的浮煤高速噴射，從而造成工作面浮煤及揚塵增多。

3）由于21505 巷掘進煤層為侏羅紀煤層，該煤層煤質疏松，掘進機機械化開采時會產生較大的粉塵。

4）掘進巷道頂板每隔100 m 安裝一個噴霧裝置，正常掘進時噴霧裝置自動灑水，通過形成水霧進行除塵，然而巷道由于風速較大，水霧很容易被吹散，降低了水霧的除塵效果。

5）掘進機在正常生產時，細小的煤泥很容易進入到灑水噴頭內導致噴水裝置堵塞，從而導致掘進機不能正常噴霧灑水，而且掘進工作面空間比較小，噴霧裝置噴出的水會造成工作面煤泥較多，不利于工作面的正常掘進[5]。

3 綜合防塵措施的優化改進

1）采用濕式鉆孔技術。為了能夠降低鉆機在鉆孔時產生較大的煤塵，技術人員采用濕式鉆孔法。即在鉆機上安裝一套噴水裝置，鉆機在風壓鉆孔的同時將靜壓水帶入鉆孔內，從而增加鉆孔的濕度，達到降塵的目的。

2）安裝擋矸裝置。為了能夠降低掘進工作面跑破時產生的巨大沖擊波，技術人員涉及了一塊擋矸裝置，并將其安裝在距離跑破點12 m 處，煤壁在跑破時，擋矸裝置能夠有效地阻擋沖擊波及飛濺的矸石，從而降低了粉塵的濃度。

3）煤層注水。為了能夠降低整個工作面煤塵在掘進時的粉塵濃度，技術人員在工作面施工多個注水鉆孔，掘進工作面每前移10 m 施工4 個注水鉆孔，注水鉆孔要距頂板2.0 m，孔與孔的間距為1 m，施工完畢后使用注水泵將高壓水注入到鉆孔，增加整個煤層的濕潤度，達到降低工作面粉塵濃度的目的。

4）安裝泡沫抑塵裝置。為了能夠降低掘進機在正常生產時產生的粉塵濃度，技術人員采用泡沫抑塵裝置代替傳統的灑水裝置。泡沫抑塵裝置主要由以下部件組成：噴頭、泡沫發生器、泡沫分配器、管路。通過在管路中注入添加劑，在泡沫發生器進行反應產生大量的細小泡沫，泡沫通過噴頭噴到掘進工作面，能夠大量吸附細小的顆粒，又不會造成工作面積水，有效降低了工作面的粉塵濃度。

5）安裝自動防塵水幕。技術人員在掘進工作面每隔100 m 安裝一套自動防塵水幕來代替傳統的噴霧裝置。自動防塵水幕主要有以下部件組成：水泵、饋電開關、水簾、噴頭、過濾池、旋轉裝置、傳感器，如圖1 所示。正常生產時，高壓噴頭噴射水霧形成一道閉合的水簾，水簾能夠將巷道經過的粉塵及時捕捉，水簾流下的污水進入到過濾池，經過過濾后的水能夠繼續使用，當巷道有大型設備及人員通過時，傳感器可以通過控制傳感器及饋電開關對水簾進行旋轉。

6）其他措施。為了減少掘進巷道的浮煤，日常工作中還需安排工作人員定時對巷道進行沖洗，隨著掘進巷道的不斷深入，技術人員在工作面每隔300 m安裝一臺局部除塵設備，同時在各運輸線路上的各轉載點安裝封閉式灑水裝置，從而達到降低工作面粉塵的濃度。

圖1 21505 巷自動防塵水幕結構示意圖

4 應用效果

大同煤礦集團虎龍溝煤礦針對21505 巷掘進前期巷道內防塵措施的不足，對巷道防塵進行合理優化。實際應用效果表明，優化改進后21505 巷在后期掘進中巷道內平均粉塵質量濃度低于27 mg/m3，能見度提高至30 m 以上，取得了預期降塵效果，為其他巷道掘進降塵提供了實踐依據。