綜掘工作面粉塵綜合防塵應用技術研究

摘要：為解決綜掘工作面粉塵產生量大的問題，本文針對西北某礦風巷掘進工作面粉塵防治方面的不足之處，根據各生產工序的產塵特點，提出了掘進面“三壓帶”分段注水等技術措施。通過現場試驗，所運用的綜合防治技術效果明顯。

關鍵詞：綜掘工作面;粉塵分布;煤層注水;參數優化

1、前言

粉塵危害是煤礦生產的五大災害之一。粉塵嚴重影響著礦工的身心健康。在煤礦，采、掘工作面是煤礦最主要的兩大產塵源。一般綜采工作面和機掘工作面在無防降塵措施時，工作面粉塵濃度高達2000mg/m3左右，甚至更大。采取一般單項降塵措施后粉塵濃度還會有1000mg/m3左右。粉塵引起的職業危害表現為礦工塵肺病。就目前的醫學水平，塵肺病還是一種只可預防而不可治愈的“不治之癥”，而預防的關鍵是作好防塵工作，防止在生產過程中粉塵飛揚。統計資料表明，全國煤礦目前統計的塵肺病和疑似塵肺病患者為100萬人。因此，治理煤礦粉塵已迫在眉睫，刻不容緩。

2、工程概況

西北某礦風巷掘進工作面采用EBZ-160型綜掘機綜掘與炮掘相結合的掘進工藝，巷道長度864米，沿煤層掘進。煤層平均厚度2.4m，由亮型煤，半亮型煤組成，煤層頂底部由暗淡型煤組成，煤層有2-3層夾矸、夾矸層厚度在0.01～0.35米左右。具有煤塵爆炸性，但無煤層自燃發火傾向性。采用錨桿聯合鋼筋網支護，在頂板壓力較大時，采用金屬箱支護。金屬箱用11#礦用工字鋼制作。工作面供風量為287.5m3/min，采用FBDNO.5.6/22×11型局部風機。

3、綜掘工作面防塵現狀

通過現場調研，該綜掘面粉塵防治的現狀是：

（1）礦井為高瓦斯礦井，工作面供風量大，風速高;

（2）工作面在煤層掘進，該煤層具有含水量低（<1.72%）、煤層較軟（f<1）的特點，另外工作面采用EBZ—160型懸臂式掘進機，割煤強度大，截割高度高（巷道凈高3.0m），導致工作面產塵強度極大;

（3）工作面產生的高濃度粉塵在高風速條件下，割煤產生的粉塵迅速擴散和彌漫到整個作業空間;

（4）掘進機內、外噴霧、工作面斷面噴霧、轉載點噴霧采用井下靜壓水供水，但是靜壓水壓力太低，僅在0.5MPa左右，噴霧不能有效的捕捉沉降煤塵，降塵效果不理想;

（5）按照作業規程要求，工作面應使用除塵風機，但是根據現場調研，工作面未見除塵風機。

（6）掘進巷道中的斷面噴霧主要是手動開啟，自動化程度低、噴霧使用效率低。

以上的問題，導致掘進工作風面作業空間粉塵濃度極大，已嚴重影響工人的身體健康，也給煤礦的生產帶來極大的安全隱患。

4、綜掘工作面防塵設計

4.1總體技術方案

通過該綜掘工作面產塵特點的分析得出，該工作面煤層水分值平均1.72%，含水量低，掘進時截割高度高（巷道凈高3.0m）、煤體垮落揚塵及沖擊產塵嚴重，并且煤層夾矸2～3層，夾矸硬度大，含水量低，在破碎時將產生大量細微巖塵;在風流作用下，割煤產生的粉塵迅速彌漫擴散至整個作業空間，現有的低壓外噴霧已不能解決工作面的粉塵問題。在這樣的條件下，采用煤層注水一般可取得30%～40%的降塵效果;采用一般的高壓噴霧可取得70%左右的降塵效果。

根據掘進工作面相關防塵法律法規、現場調研以及綜掘工作面粉塵防治現狀及產塵特點，在分析對比綜掘工作面現有粉塵治理技術的基礎上，最終確定采用分段式高壓煤層注水、掘進機負壓二次噴霧降塵系統、除塵器長壓短抽通風除塵系統、粉塵濃度超限噴霧降塵裝置、觸控噴霧降塵裝置以及定時光控噴霧降塵裝置組成綜合防塵系統，對掘進工作面粉塵進行全面的、綜合的治理。

4.2綜掘面煤層注水技術

煤層注水作為降低煤礦生產過程中產塵量的最有效措施，通過中高壓水壓裂煤體，使煤體原生裂隙與次生裂隙相互貫通，增大了水與煤體接觸面積，煤體得到充分濕潤，增加煤層水分，從而使煤體脆性降低、塑性增強，使煤體在破碎時由脆性破壞變為塑性變形，從而降低粉塵的產生，提高降塵效率。

掘進面“三壓帶”分段注水的防塵機理是利用三段膨脹式注水封孔器分別在同一鉆孔內，向煤體前方的卸壓帶、集中應力帶及原始應力帶影響的范圍內進行封孔并注水。由于第一段、第二封封孔器封孔注水后，煤體前方“三壓帶”影響范圍前移，在原集中應力帶及原始應力帶影響范圍內形成新的卸壓帶，從而使“三壓帶”的封孔注水，實際變為在三個“卸壓帶”影響范圍內的封孔注水;由于卸壓帶影響范圍內的煤體裂隙較發育且張量不大，為煤體注水提供“注水通道”;在“壓力滲流”、“自然滲流”的共同作用下，使沿鉆孔整個深度范圍內的煤體得到較充分、均勻的預濕潤，有效降低掘進時粉塵的產生。

因此，本方案采用掘進面“三壓帶”分段封孔注水技術進行對目標工作面進行煤層注水試驗，通過試驗，形成一套適合現場使用的“三壓帶”分段封孔注水工藝，達到從根本上降低工作面產塵的目的。

4.3噴霧降塵技術

噴霧降塵是掘進工作面應用最廣泛的降塵措施，具有設備簡單、維護方便、運行成本低的特點。掘進機外噴霧的降塵效果在很大程度上取決于噴霧射流是否能在掘進機割煤滾筒周圍形成均勻的噴霧水幕，在截割頭塵源位置消除盡可能多的粉塵，并且通過對煤體有效濕潤，減少煤炭垮落過程中的揚塵與沖擊產塵。均勻水幕的形成和噴霧射流的引射風量主要取決于噴嘴產生的噴霧射流的質量。而高壓噴霧具有霧化效果好、速度高、射程遠、耗水量小（只是普通噴霧的三分之一）、覆蓋面積大、降塵效率高、引射風量大等優點，在煤礦防塵中得到廣泛應用。

因此，本方案采用掘進機負壓二次噴霧降塵系統，通過形成均勻的噴霧水幕包裹掘進機截割頭，捕集截割頭在割煤時產生的粉塵，并通過對煤體的濕潤，減少煤體垮落揚塵及沖擊產塵。

4.4回風流粉塵治理技術

為從根本上消除綜掘面粉塵污染以及高濃度粉塵對回風流的污染，采用除塵器抽塵凈化是最有效的措施之一。長壓短抽通風除塵系統管理、維護較簡單，通風費用低，并能有效排除積聚的瓦斯和滯留的粉塵，可實現粉塵的就地凈化。在國外得到廣泛運用，該技術可把工作面粉塵降至10mg/m3以下。但是，由于國內綜掘面的支護方式、安全保證措施以及人員觀念等因素，制約該技術在國內推廣使用。

根據該配風巷綜掘工作面的實際情況，本方案通過長壓短抽通風除塵系統對工作面粉塵進行抽塵凈化。除塵器選用了KCS-250D型礦用過濾濕式旋流除塵器，其本體結構根據氣、粒兩相流理論設計，噴霧、過濾及旋流除塵機理，高效旋流脫水。當綜掘機割煤時，啟動除塵器，截割頭產生的高濃度含塵氣流經吸塵罩和負壓風筒進入除塵器，通過噴霧、過濾、旋流除塵和脫水之后，排出清潔氣流進入回風。

5、結束語

實施綜合防治技術技術后，各生產工序的降塵率均有較大程度提高。在綜掘機司機位置（距綜掘工作面約5m處）、綜掘機后10m處、除塵器出風口后5m處，各個點的平均粉塵濃度達到規程要求。但同時應進一步完善煤礦防塵管理制度、粉塵危害控制管理制度及體系，在現有煤礦防塵技術研究的基礎上，編制企業防塵技術規范，對礦井防塵實行科學、統一管理。

參考文獻：

[1]楊勝強.粉塵防治理論及技術[J].徐州：中國礦業大學出版社，2007：120-123.

[2]賈東.綜放工作面綜合防塵技術探析[J].煤炭科學技術，2013，41（S1）：68-69.

作者簡介：任坤（1987.01.07），男，本科，四川省南充市嘉陵區，助理工程師，現就職于重慶中環建設有限公司，主要從事煤礦技術管理工作。