辛置煤礦掘進面粉塵防治技術應用實踐

劉丁豪

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

辛置煤礦2-208 運輸巷掘進面其粉塵濃度單位立方米達上百毫克，甚至上千毫克，嚴重超過了

《煤礦安全規程》中規定的粉塵濃度標準。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，同時會誘發塵肺病，危害礦工生命健康安全［1-5］。目前我國對煤礦井下掘進工作面粉塵的防治還存在著明顯的短板，粉塵防治技術和方法還有缺陷。為此，辛置煤礦開展掘進面粉塵防治技術應用實踐，具有一定的現實意義。

1 工程概況

辛置煤礦2-208 工作面開采2#煤層，屬于310 水平二采區工作面。工作面所采煤層位于二疊系下統山西組，大部分屬于穩定可采煤層，結構復雜，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°，煤層結構1.51（0.3）0.83（0.15）1.31 m，煤質相關參數見表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構，基本頂為厚度6～8.2 m的灰白色厚層狀K8中細砂巖，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 運輸巷掘進面為矩形斷面，巷道掘進寬度4 800 mm、掘進高度3 900 mm，設計掘進長度583 m。

表1 煤質相關參數

2 掘進面粉塵來源與現場實測

2.1 掘進面粉塵來源分析

掘進面粉塵來源主要包括掘進機割煤過程、鉆機鉆孔過程、運輸轉載點揚塵以及其他工序造成的二次揚塵等。

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

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

（3）運輸轉載點揚塵。煤巖在運輸過程中常常需要轉載，轉載運輸過程中導致該區域粉塵飛揚。

2.2 掘進面粉塵現場實測

采用CC20A粉塵采樣器對2-208 運輸巷掘進面進行粉塵采集，設計多組粉塵采樣測點，求取平均值。圖1 給出了掘進面不同位置粉塵濃度分布曲線圖，由圖可知，在距掘進面8 m的位置巷道粉塵濃度超過了1 000 mg/m3。這主要是由于該區域位置處于掘進機附近，巷道主要空間被占據，大量粉塵在掘進機附近的回風側聚集；而在靠近掘進面的位置，由于較大風流速度有效稀釋了該區域粉塵濃度，之后隨著距掘進面的距離不斷增加，巷道內的粉塵濃度開始顯著降低。

圖1 掘進面不同位置粉塵濃度分布曲線

圖2 給出了巷道內不同位置粉塵濃度分布曲線圖。由圖2 可知，整體看回風側粉塵濃度高于進風側，這是由于巷道內粉塵主要隨風流從回風區域排出，尤其在掘進面附近，回風側粉塵濃度明顯高于進風側（距掘進面12 m時的巷道分布曲線見圖2）；隨著與掘進面距離的增加，風流速度逐漸趨于穩定，巷內粉塵分布也趨于均勻（距掘進面20 m和50 m時，巷道分布曲線見圖2）。

圖2 巷道內不同位置粉塵濃度分布曲線

3 掘進面粉塵防治技術

辛置煤礦2-208 運輸巷掘進面粉塵濃度現場實測結果表明巷道粉塵濃度嚴重超過《煤礦安全規程》的標準，必須采用綜合粉塵防治技術和措施，以便改善巷道作業環境。基于此，提出綜合采用優化通風方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等綜合技術措施用于治理掘進面粉塵。

4.1 試驗工作面綜合粉塵防治技術

（1）優化通風方式。采用通風除塵是礦井常用的安全高效的除塵方式之一，合理的通風方式可有效實現掘進面除塵。2-208 運輸巷掘進面原通風方式供風量為350 m3/min，其粉塵防治效果較差，經理論計算，提出采用供風量為470 m3/min進行掘進面通風除塵，局部通風機布置見圖3。

圖3 巷道掘進面局部通風機風筒布置

（2）水幕降塵。水幕降塵是指在巷道掘進面某區域設置噴霧裝置，通過持續的全斷面噴霧實現巷內除塵的目的。考慮風流對噴霧的影響以及粉塵分布規律，在距掘進25 m的位置布置2 組噴霧降塵裝置，分別布置在進風側和回風側頂板區域，主要參數如下：噴射半角25°、噴霧壓力5 MPa、噴嘴直徑0.15 mm，巷道掘進面水幕布置方式見圖4。

圖4 巷道掘進面水幕布置方式

（3）活性磁化水降塵。礦井粉塵具有疏水性能，常規的噴霧降塵效果有限，研究表明磁場可改變水分子物理性質，增加水的濕潤性。因此，采用活性磁化水配合常規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 掘進面粉塵防治效果分析

提出了綜合采用優化通風方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術措施，在辛置煤礦2-208 運輸巷掘進面進行了實施應用，監測了距掘進迎頭30 m內，采用技術措施前后粉塵濃度情況，未采用降塵措施時，該截面巷內全塵和呼塵濃度分別為280.6 mg/m3、117.8 mg/m3；綜合采用優化通風方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術措施后，該截面巷內全塵和呼塵濃度分別為49.5 mg/m3、22.4 mg/m3，降塵效果達80%以上。

4 結語

掘進工作面粉塵濃度大、治理困難，給煤礦生產帶來巨大安全隱患。本文總結了掘進面粉塵主要來源，包括掘進機割煤過程、鉆機鉆孔過程、運輸轉載點揚塵以及其他工序造成的二次揚塵等，提出綜合采用優化通風方式、水幕降塵、活性磁化水降塵等技術措施，在辛置煤礦2-208 運輸巷掘進面進行了實施應用，其降塵效果達80%以上。