半煤巖巷道綜掘工作面除塵系統研究

郝錦龍

（山西焦煤集團有限責任公司西山煤電杜兒坪煤礦，山西 太原 030022）

巷道掘進過程中會產生粉塵，若采取的降塵措施不當，不僅會制約巷道掘進效率，而且還會給井下作業人員身體健康、巷道掘進安全造成影響[1-3]。因此，針對掘進巷道采用的掘進方式、地質條件，以杜兒坪礦北七集中皮帶巷掘進為研究對象，研究提出掘進過程中更有效的粉塵防治措施，并進行分析改進。

1 工程概況

杜兒坪北七集中皮帶巷沿著2#煤頂板掘進，2 號煤層厚度1.78～2.20 m，平均1.90 m。2 號煤層頂底板巖性見表1。巷道斷面為矩形，凈寬×凈高=4.6 m×3.0 m，凈斷面13.8 m2。掘進作業采用全斷面跟頂拉底一次成巷的方式，掘進機型號為EBZ-160，截割順序如圖1 所示，配合一部DSJ65/10/22kW 型電滾筒輸送機以及一部DSJ100/2×200 型膠帶輸送機連續出煤（矸）。具體運輸線路為：掘進機拉底→掘進機橋式轉載機→DSJ65/10/22 kW 膠帶→DSJ100/2×200 kW 膠帶→北一大巷煤倉→5t 礦車→井底車場→地面。

圖1 掘進機破煤巖截割順序

表1 2 煤層頂底板情況表

2 巷道掘進粉塵超限原因分析

（1）掘進機截割產生粉塵

綜掘機在掘進過程中，截割齒與煤、巖層接觸破煤巖時，會伴隨有煤塵、巖塵產生，特別是煤、巖體中軟弱結構面附近存在煤、巖破碎，更容易產生粉塵。由于巷道掘進采用跟頂拉底方式，綜掘機在底板沙巖與煤層交接面破煤巖石，由于巖性參數相差較大，更容易產生粉塵[4]。

（2）輸送過程中產生粉塵

截割破碎的煤、巖掉落過程中，煤、巖體內夾雜的一部分粉塵會溢散出。掉落到巷道底板上的煤、巖塊在綜掘機鏟板作用下進入到刮板輸送機進行運輸，在運輸過程中，煤巖體表層的粉塵在外力作用下有部分會飄揚。轉載點、破碎點等位置產生粉塵量也較大[5-6]。

（3）風筒引起揚塵

從掘進迎頭風筒出來的分流形態為風速分布不規律的喘流，在巷道圍巖表層的粉塵極易在風流作用下飄揚到掘進迎頭。掘進機截割煤巖破碎產生的粉塵同樣在風流擾動下飄散到空氣中，增加掘進面粉塵濃度。

（4）防塵設備損壞或者不到位

在北七集中皮帶巷掘進工作面內存在一定程度的防塵設施損壞、防塵設施安設位置有較大偏差等問題，容易導致破碎點、轉載點等處產生的粉塵在巷道內積聚。

3 巷道掘進除塵措施

3.1 泡沫除塵

掘進機配套安裝泡沫除塵裝置，綜掘機開機時必須打開。泡沫降塵流程包括添加發泡劑、泡沫產生、運輸以及噴射等，具體工藝流程如圖2 所示。實際應用中通過定量泵將發泡劑穩定、持續的添加至高壓供水管路中并與壓風一起進入泡沫發生器內，制備泡沫，通過噴射裝置噴射擴散。

圖2 泡沫除塵工藝流程

將射流汽化吸液裝置以及發泡器高度集成，并在綜掘機截割頭搖臂后端安設移動式泡沫噴槍，從而確保噴射出的泡沫可以覆蓋截割頭產塵區域，通過高壓軟管連接掘進頭壓風、壓水管路，實現泡沫除塵裝置的可靠運行[7]。具體泡沫除塵設備安設位置如圖3 所示。

圖3 泡沫除塵設備安設位置示意圖

采用的泡沫除塵系統動力為井下壓風及壓水，使用過程不受瓦斯、粉塵等濃度影響，結構緊湊，在搖臂上安裝的泡沫噴槍可以隨機移動，對截割頭割煤、巖全覆蓋，從而直接作用于截割產塵點，降低粉塵產生量。工作時，只需操控氣水聯動閥即可實現對水、氣混合比調整并控制發泡率，操作簡便。主要的技術參數為：額定工作氣壓P氣≥0.2 MPa；標況耗氣量Q氣≥180 m3/h；工作水壓P水≥0.8 MPa；標況耗水量Q水≥1 m3/h；發泡劑添加占比n≤0.5%；發泡倍數在40～70 倍；發泡量M≥40 m3/h。

3.2 其他除塵措施

（1）各轉載點、破碎點須安設手動轉載噴霧，噴嘴要保持霧化暢通，控制閥門在行人側，做到開機開水、停機停水。

（2）在距掘進迎頭≤50 m、≤500 m 位置分別安設凈化水幕，水幕必須能有效覆蓋全斷面，噴嘴迎風45°并保持噴嘴霧化暢通，起到凈化風流的作用，并隨掘進面推進而前移。

（3）在距掘進迎頭50 m 內巷道每班沖洗一次，距掘進迎頭50～500 m 巷道每天沖洗一次，距掘進迎頭500 m 以上的巷道每兩天至少沖洗一次。

（4）掘進機內、外噴霧水壓不得小于2 MPa、4 MPa，噴霧應可以有效覆蓋全滾筒。

（5）鑿巖機、錨桿鉆機在掘進面作業時必須采用濕式，作業時佩戴防塵口罩。

4 降塵效果分析

具體在掘進工作面布置的泡沫除塵裝置見圖3，在綜掘機司機處（A 點）、距離掘進迎頭10 m 處（B點）、距離掘進迎頭20 m 處（C 點）分別布置測點，采用CCZ-1000 粉塵濃度測定儀監測粉塵濃度。為判定除塵效果，分別對未采取防塵措施、采用噴霧除塵措施以及采用泡沫除塵措施三種情況下的粉塵濃度進行監測，具體監測數據見表2、表3、表4。

表2 A 點位置粉塵濃度

表3 B 點位置粉塵濃度

表4 C 點位置粉塵濃度

從表2～表4 可以得出，由于掘進機司機位于局部通風機出口處，不斷涌入的新鮮風流雖然從巖層表面吹出部分粉塵，但可以降低司機位置粉塵濃度，因此，在A 點處測得粉塵濃度較B、C 點低。未采取措施時，A 點處全塵、呼吸性粉塵濃度分別為1166.50 mg/m3、496.30 mg/m3，采用泡沫除塵技術后該處全塵、呼吸性粉塵濃度分別降至88.50 mg/m3、41.60 mg/m3。

在B 點未降塵時全塵、呼吸性粉塵濃度分別為1196.30 mg/m3、548.20 mg/m3，開啟綜掘機隨機內、外噴霧降塵措施后，粉塵濃度仍然處于高位，分別為648.30 mg/m3、311.90 mg/m3。由于噴霧除塵水滴霧化效果差，大粒徑噴霧對粉塵捕獲效果不佳，造成全塵、呼吸性粉塵降低率僅為45.81%、43.10%，采用泡沫除塵措施后，全塵、呼吸性粉塵濃度分別為137.60 mg/m3、80.00 mg/m3，除塵率均在85%以上。

在C 點處，采用泡沫除塵措施后，全塵、呼吸性粉塵除塵率分別為88.39%、86.22%，較噴霧除塵率提升至少1 倍。

應用效果表明，在掘進工作面采用以泡沫除塵為核心的綜合降塵技術措施，可以有效降低掘進工作面粉塵濃度。

5 總結

（1）在半煤巖巷道掘進過程中在煤巖交界處更容易產生粉塵，轉載機、破碎機以及刮板輸送機等位置也是主要的產塵點，在掘進工作面治理粉塵時應針對主要產塵點采取有針對性除塵措施。

（2）泡沫除塵系統產生的泡沫更容易捕獲空氣中粉塵，將定量添加泵運用到泡沫除塵系統可以將發泡劑均勻地添加至供水管路中，發泡器產生的泡沫更為均衡，解決以往泡沫除塵系統存在泡沫穩定性差問題，從而提升除塵系統可靠性。

（3）采用以泡沫除塵為核心的綜合除塵措施后，掘進工作面粉塵顯著降低，改善了作業人員工作環境。