辛置煤礦掘進(jìn)面粉塵防治技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

劉丁豪

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

辛置煤礦2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面其粉塵濃度單位立方米達(dá)上百毫克，甚至上千毫克，嚴(yán)重超過了

《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)。粉塵作為礦井五害之一，粉塵的增加直接影響到煤礦的安全高效生產(chǎn)，同時(shí)會(huì)誘發(fā)塵肺病，危害礦工生命健康安全［1-5］。目前我國(guó)對(duì)煤礦井下掘進(jìn)工作面粉塵的防治還存在著明顯的短板，粉塵防治技術(shù)和方法還有缺陷。為此，辛置煤礦開展掘進(jìn)面粉塵防治技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

辛置煤礦2-208 工作面開采2#煤層，屬于310 水平二采區(qū)工作面。工作面所采煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組，大部分屬于穩(wěn)定可采煤層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含兩層矸石夾層；煤層厚度3.8～4.3 m，平均4.1 m，煤層傾角2°～6°，平均4°，煤層結(jié)構(gòu)1.51（0.3）0.83（0.15）1.31 m，煤質(zhì)相關(guān)參數(shù)見表1。工作面直接頂為厚度0～7.5 m的灰黑色薄層狀砂巖和泥巖互層結(jié)構(gòu)，基本頂為厚度6～8.2 m的灰白色厚層狀K8中細(xì)砂巖，直接底為厚度4.0～6.5 m的灰黑色厚層狀泥巖，基本底為厚度4.0～7.8 m的灰白色中厚層狀中砂巖。2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面為矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬度4 800 mm、掘進(jìn)高度3 900 mm，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度583 m。

表1 煤質(zhì)相關(guān)參數(shù)

2 掘進(jìn)面粉塵來源與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

2.1 掘進(jìn)面粉塵來源分析

掘進(jìn)面粉塵來源主要包括掘進(jìn)機(jī)割煤過程、鉆機(jī)鉆孔過程、運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)揚(yáng)塵以及其他工序造成的二次揚(yáng)塵等。

（1）掘進(jìn)機(jī)割煤過程。掘進(jìn)機(jī)割煤過程是掘進(jìn)面粉塵的主要來源之一。掘進(jìn)機(jī)按照割煤工藝切割煤巖體，在截割頭在接觸煤巖體過程中，煤巖體破碎并產(chǎn)生粉塵，在分流的作用下，擴(kuò)散至整條巷道。

（2）鉆機(jī)鉆孔過程。錨桿及錨索鉆孔施工時(shí)，由于煤體松散破碎，一般采用壓風(fēng)式排渣，在打鉆過程中，若不采取專業(yè)的粉塵防治措施，將導(dǎo)致大量的粉塵進(jìn)入巷道。

（3）運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)揚(yáng)塵。煤巖在運(yùn)輸過程中常常需要轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載運(yùn)輸過程中導(dǎo)致該區(qū)域粉塵飛揚(yáng)。

2.2 掘進(jìn)面粉塵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

采用CC20A粉塵采樣器對(duì)2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面進(jìn)行粉塵采集，設(shè)計(jì)多組粉塵采樣測(cè)點(diǎn)，求取平均值。圖1 給出了掘進(jìn)面不同位置粉塵濃度分布曲線圖，由圖可知，在距掘進(jìn)面8 m的位置巷道粉塵濃度超過了1 000 mg/m3。這主要是由于該區(qū)域位置處于掘進(jìn)機(jī)附近，巷道主要空間被占據(jù)，大量粉塵在掘進(jìn)機(jī)附近的回風(fēng)側(cè)聚集；而在靠近掘進(jìn)面的位置，由于較大風(fēng)流速度有效稀釋了該區(qū)域粉塵濃度，之后隨著距掘進(jìn)面的距離不斷增加，巷道內(nèi)的粉塵濃度開始顯著降低。

圖1 掘進(jìn)面不同位置粉塵濃度分布曲線

圖2 給出了巷道內(nèi)不同位置粉塵濃度分布曲線圖。由圖2 可知，整體看回風(fēng)側(cè)粉塵濃度高于進(jìn)風(fēng)側(cè)，這是由于巷道內(nèi)粉塵主要隨風(fēng)流從回風(fēng)區(qū)域排出，尤其在掘進(jìn)面附近，回風(fēng)側(cè)粉塵濃度明顯高于進(jìn)風(fēng)側(cè)（距掘進(jìn)面12 m時(shí)的巷道分布曲線見圖2）；隨著與掘進(jìn)面距離的增加，風(fēng)流速度逐漸趨于穩(wěn)定，巷內(nèi)粉塵分布也趨于均勻（距掘進(jìn)面20 m和50 m時(shí)，巷道分布曲線見圖2）。

圖2 巷道內(nèi)不同位置粉塵濃度分布曲線

3 掘進(jìn)面粉塵防治技術(shù)

辛置煤礦2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面粉塵濃度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明巷道粉塵濃度嚴(yán)重超過《煤礦安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)，必須采用綜合粉塵防治技術(shù)和措施，以便改善巷道作業(yè)環(huán)境。基于此，提出綜合采用優(yōu)化通風(fēng)方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等綜合技術(shù)措施用于治理掘進(jìn)面粉塵。

4.1 試驗(yàn)工作面綜合粉塵防治技術(shù)

（1）優(yōu)化通風(fēng)方式。采用通風(fēng)除塵是礦井常用的安全高效的除塵方式之一，合理的通風(fēng)方式可有效實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)面除塵。2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面原通風(fēng)方式供風(fēng)量為350 m3/min，其粉塵防治效果較差，經(jīng)理論計(jì)算，提出采用供風(fēng)量為470 m3/min進(jìn)行掘進(jìn)面通風(fēng)除塵，局部通風(fēng)機(jī)布置見圖3。

圖3 巷道掘進(jìn)面局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒布置

（2）水幕降塵。水幕降塵是指在巷道掘進(jìn)面某區(qū)域設(shè)置噴霧裝置，通過持續(xù)的全斷面噴霧實(shí)現(xiàn)巷內(nèi)除塵的目的。考慮風(fēng)流對(duì)噴霧的影響以及粉塵分布規(guī)律，在距掘進(jìn)25 m的位置布置2 組噴霧降塵裝置，分別布置在進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)頂板區(qū)域，主要參數(shù)如下：噴射半角25°、噴霧壓力5 MPa、噴嘴直徑0.15 mm，巷道掘進(jìn)面水幕布置方式見圖4。

圖4 巷道掘進(jìn)面水幕布置方式

（3）活性磁化水降塵。礦井粉塵具有疏水性能，常規(guī)的噴霧降塵效果有限，研究表明磁場(chǎng)可改變水分子物理性質(zhì)，增加水的濕潤(rùn)性。因此，采用活性磁化水配合常規(guī)噴霧降塵可有效提高降塵效果。活性磁化水制備流程：將高濃度活性劑溶液采用靜態(tài)混合器定量加至輸水管路，并均勻混合，配比得到的低濃度活性水，進(jìn)入磁化器磁化，得到的活性磁化水用于綜掘面噴霧、灑水。

圖5 活性磁化水制備過程

4.2 掘進(jìn)面粉塵防治效果分析

提出了綜合采用優(yōu)化通風(fēng)方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術(shù)措施，在辛置煤礦2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面進(jìn)行了實(shí)施應(yīng)用，監(jiān)測(cè)了距掘進(jìn)迎頭30 m內(nèi)，采用技術(shù)措施前后粉塵濃度情況，未采用降塵措施時(shí)，該截面巷內(nèi)全塵和呼塵濃度分別為280.6 mg/m3、117.8 mg/m3；綜合采用優(yōu)化通風(fēng)方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術(shù)措施后，該截面巷內(nèi)全塵和呼塵濃度分別為49.5 mg/m3、22.4 mg/m3，降塵效果達(dá)80%以上。

4 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)工作面粉塵濃度大、治理困難，給煤礦生產(chǎn)帶來巨大安全隱患。本文總結(jié)了掘進(jìn)面粉塵主要來源，包括掘進(jìn)機(jī)割煤過程、鉆機(jī)鉆孔過程、運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)揚(yáng)塵以及其他工序造成的二次揚(yáng)塵等，提出綜合采用優(yōu)化通風(fēng)方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術(shù)措施，在辛置煤礦2-208 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面進(jìn)行了實(shí)施應(yīng)用，其降塵效果達(dá)80%以上。