店坪煤礦掘進工作面降塵技術應用分析

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司方山店坪煤礦，山西 方山 033100）

1 工程概況

店坪煤礦二采區(qū)9-2052巷主要擔負著9-205回采工作面的運輸、回風、行人等任務，同時留巷為9-203回采工作面服務。巷道位于830南翼軌道巷21#導線點前12m處，以270°方位角，沿9#煤層頂板施工1386 m（中-中）到切巷位置。9-2052巷設計全長1386 m。預計9-2052工作面揭露煤層厚度為2.6～3.2m，平均厚2.9m，工作面范圍內煤層、煤體結構較穩(wěn)定，含有兩到三層夾矸，夾矸多為砂質泥巖，厚度為0.2～0.45 m。煤層傾角1°～5°，屬于近水平煤層。煤層頂板為砂巖；底板為砂質泥巖。

由于掘進作業(yè)所產生的粉塵濃度較大，原有的普通降塵措施很難到達除塵效果，較高的粉塵濃度使得巷道可見范圍縮小，同時對礦工造成健康傷害，需要及時改進除塵方案，保證礦工健康與掘進作業(yè)的正常進行。

2 粉塵濃度檢測分析

為降低工作面內粉塵的濃度，采取相應措施，需要對實際現(xiàn)場進行粉塵濃度檢測。檢測地點主要為在距離地板1.5m處，此處為工人的主要呼吸帶[1]。在測量粉塵濃度時，使用CCZ-1000型直讀式粉塵濃度測量儀，該儀器操作簡單，便于員工上手，可以在監(jiān)測的同時讀取數(shù)據(jù)，省時省力。主要檢測點布置見圖1，所得監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總見表1。

圖1 監(jiān)測點布置

表1 掘進工作面粉塵濃度監(jiān)測

對上述監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結論：

1）粉塵主要是由于掘進機工作時所產生，而司機位于掘進面最近，所產生的粉塵最先到達司機位置，所以造成此處成為粉塵聚集區(qū)，在設計降塵方案時，此處應作為重點防護。

2）在距離掘進頭5m處，粉塵濃度會突然增大，粉塵濃度達到最大值，造成這一現(xiàn)象主要原因是此處位于掘進機與皮帶的交界處，同時附近是局部通風機風筒出風口，產生的氣流會使巷道內的塵土吹起，造成此處粉塵濃度逐漸升高，達到最大值。

3）隨著逐漸遠離掘進頭，粉塵濃度在降低，主要由于巷道內風流的作用下，部分粉塵會逐漸被排出或者沉降在地面；另一部分粉塵則會在整個掘進巷道內懸浮擴散。

4）當與掘進面的距離大于50m，全塵濃度下降的趨勢會變得緩和最后趨向穩(wěn)定，這是主要因為在空氣中的粉塵會受到重力與其他阻力，在擴散的過程中向地面沉降，對于較大顆粒的粉塵，沉降現(xiàn)象最為明顯；對于直徑較小的粉塵顆粒則會在空氣中自由移動，分散在整個巷道中，因此巷道內的粉塵濃度最后會趨于穩(wěn)定。

5）呼吸性粉塵與總粉塵的濃度分布相同，在遠離掘進頭5m處達到最大值，之后是隨著逐漸遠離掘進頭，粉塵濃度開始降低，最后會逐漸趨于穩(wěn)定；但由于呼吸性粉塵顆粒較小，質輕，很難在較短時間內實現(xiàn)沉降，大部分會隨著巷道內氣流運動被噴霧系統(tǒng)捕捉或者排出。

6）距掘進頭10m范圍內，呼吸性粉塵一直處于較高的濃度，而司機及其他員工在此環(huán)境下工作，及易造成塵肺病。因此，需要對產生粉塵源頭加以控制。

3 新噴霧降塵技術

區(qū)別與地面工作，井下工作環(huán)境較特殊，目前相關領域內主要通過濕式防降塵的方法來進行粉塵防止，此方法采用最廣泛的是噴霧防塵[2]。我國主流礦井采取高壓噴霧降塵技術，這種降塵方法較傳統(tǒng)的噴霧降塵效果顯著提高，綜合降塵率達到75%～95%。

根據(jù)店坪煤礦9-2052巷掘進工作面實際情況，為了達到降塵效果，決定在原有降塵措施上進行改進，在產塵源頭采取高壓噴霧技術，在其他地方采取自動噴霧措施，使得整體降塵方案更加適合實際礦井，預計降塵率高于80%。

3.1 掘進工作面噴霧降塵

在掘進機上使用油壓-水壓轉換裝置，通過掘進機的液壓來為水泵工作，從而產生高壓水[3]。掘進機的液壓油在液壓泵中是循環(huán)工作，所以當裝置水量不足的情況下，依然可以正常作業(yè)，水泵中的水又會為整個裝置起到降溫的作用，從而在整個裝置工作時，液壓油的溫度不會升高。工作裝置見圖2。

圖2 掘進機高壓油轉換

與傳統(tǒng)獲得高壓水噴霧的方案相比，它的優(yōu)點是：

（1）整體裝置外殼堅固，功能完善，適應性強，可以高效的完成掘進作業(yè)。

（2）改進后的裝置體積小，重量輕，依然可以獲得高壓水，不會對掘進作業(yè)造成任何影響。

（3）通過掘進機液壓油工作產生的壓力控制水泵，從而使得液壓油的能量轉化為高壓水，整體達到減少能源，高效的目的。

（4）整個裝置的水壓與流量，都可以得到任意調控，掘進機司機可以在掘進的同時控制除塵裝置，而不影響到整個掘進作業(yè)。

3.2 皮帶輸送機噴霧降塵

圖3 皮帶輸送機噴霧降塵

皮帶附近的粉塵來源主要是由于掘進產生的煤塊經(jīng)過皮帶運輸時，磕破造成大量煤塵產生，懸浮在附近。所以此處需要安裝一個噴霧水管，達到降塵的目的，考慮的巷道實際尺寸，水管安裝在皮帶上60 cm處；噴霧水管上每隔5 m加設一個橫向噴管，每個噴管有4個噴頭。水管與井下供水裝置通過一個液壓搶相連接，液壓槍的閥門處裝有一個朝向巷道的遮板[4]，每當煤塊在皮帶上通過時，都會接觸遮板，此時遮板上翹，啟動液壓槍，開始噴霧。若煤塊加大時，則遮板上翹角度隨之增大，噴霧加強，可以達到自動調節(jié)噴霧水量的目的。改進后較之前裝置，不僅實現(xiàn)自動調劑水霧，實現(xiàn)節(jié)水節(jié)能，同時安全高效，更好的起到降塵效果，噴霧裝置見圖3。

3.3 回風巷噴霧降塵

在粉塵噴霧裝置內安裝一個粉塵傳感器[5]，可以檢測巷道內的粉塵含量，當大于某一設定值時，傳感器會向控制器傳遞降塵信號，主控裝置開啟該區(qū)域內的噴霧裝置，使用弧形噴霧架安設噴槍；當粉塵濃度低于設定值時，傳感器反饋信號，關閉噴霧裝置。同時在噴霧裝置的兩側安裝傳感器，方便在人員通過時，會停止噴霧，當人員遠離該區(qū)域，可以繼續(xù)進行降塵作業(yè)，達到節(jié)能，節(jié)水的同時，不影響正常作業(yè)。裝置設計見圖4。

圖4 回風巷自動噴霧降塵

4 效果分析

為掌握采用新噴霧降塵技術后第一手粉塵濃度資料，對掘進工作面總粉塵濃度、呼吸性粉塵濃度進行跟蹤測定，測塵數(shù)據(jù)匯總見表2、表3。由上表可以看出，在采取新的降塵措施后，對比表1，降塵效果明顯，總粉塵與呼吸性粉塵的治理效果均達到80%以上，與預期效果相吻合，達到了除塵的效果。

表2 掘進工作面總粉塵濃度測定

表3 掘進工作面呼吸性粉塵濃度測定

5 結語

1）對店坪煤礦9-2052巷掘進工作面的粉塵進行了現(xiàn)場檢測，掘進機司機處與距掘進頭5m處粉塵濃度較大，原因是掘進所產生的粉塵最先到達司機位置，造成此處成為粉塵聚集區(qū)；而掘進機與皮帶的交界處，附近為局部通風機出風口，產生的氣流會使巷道內的塵土吹起，造成此處粉塵濃度突然升高，此處需要重點防治。

2）通過對粉塵檢測數(shù)據(jù)分析，在原來的降塵裝置的基礎上，結合實際情況，掘進工作面采用高壓噴霧降塵、皮帶輸送機噴霧降塵、回風巷噴霧降塵等降塵措施，全方位除塵。

3）在采用改進后的降塵方案后，應用效果表明，總粉塵綜合降塵率平均達到85%，呼吸性粉塵綜合降塵率平均達到84.3%，治理效果良好，能實現(xiàn)礦工安全健康作業(yè)，保證施工作業(yè)順利進行。