快速掘錨成套裝備掘進工作面粉塵檢測和分析

張彥

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

我國是世界上最主要的煤炭生產和消費國，研究表明，2050年，煤炭仍是我國的主要能源。我國煤炭的安全高效開采技術達到了世界領先水平。但是，開采煤礦資源過程中，產生的粉塵污染仍有相當大的危害，在很長一段時間內企業重視生產安全而忽視職業健康工作，即缺乏對工作場所內產生或存在的職業性有害因素及其健康損害進行識別、評估、預測和控制，導致技術進步無法匹配煤炭產量的快速上升，造成煤礦作業環境得不到有效改善。

煤礦粉塵主要是在煤礦各生產環節中產生，特別是在煤礦井下風速較大的情況下，開展煤礦采掘作業時，煤礦粉塵污染現象會更明顯。通常煤礦井下粉塵主要來自采煤機的割煤過程、煤礦支架的移架過程、放煤設備的放煤過程、破擊設備的破擊過程等環節。此外，在掘進煤礦巷道的過程中也會產生大量的粉塵。要想把采煤工作面粉塵的防治工作做好，必須根據煤礦粉塵的具體來源，采取相應的治理措施，綜合進行治理，以降低粉塵的濃度。煤礦綜采工作面主要的防塵技術有噴霧防塵技術、煤層注水防塵技術等。目前，噴霧防塵技術在煤礦綜采工作面防塵中的使用頻率較高，需要借助錐形噴嘴、液壓支架輔助設備等達到降低粉塵濃度的目的。而除塵防塵技術的應用及相應設備設計依賴綜采工作面封塵濃度分布情況。因此，粉塵濃度的測量對監測掘錨設備工作、優化除塵設備具有重要意義。目前，有很多方式可以較為準確地得到煤礦下作業時的粉塵濃度，在實際測量中，煤礦各個工況下的測試儀器應盡可能方便攜帶而又不對掘錨設備產生影響。

本文通過對煤礦下快速掘錨成套裝備實際作業的粉塵濃度測量，分析了在掘錨設備工作時各個位置的粉塵濃度情況，為實際生產的健康作業提供了粉塵數據，對掘錨設備工作時的除塵防控提供基礎數據。

1 測試設備及原理

1.1 測試裝置

本文采用光散射法設計的直讀式粉塵濃度測量儀（CCZ3000）開展粉塵濃度測量，如圖1所示。該粉塵測量儀吸收消化了國內外先進的測塵技術，采用紅外激光器和進口光電倍增管，進入暗室里的浮游粉塵利用紅外激光照射，在粉塵性質一定的條件下粉塵的散射光強正比于粉塵質量濃度，將散射光強度轉換成電信號，其原理為外部含塵空氣在風機的吸引下進入采樣口，經導流裝置（遮掉外部光線）進入檢測器暗室。暗室內的平行光與受光部的視野成直角交叉構成靈敏區（圖中斜線部分），粉塵通過靈敏區時，其90℃方向散射光透過狹縫射進光電倍增管轉換成光電流，經光電流積分電路轉換成與散射光成正比的電信號。通過放大電路和A/D轉換電路，計算出粉塵的質量濃度。

圖1 粉塵濃度測量儀及基本工作原理圖

1.2 工裝防護裝置

考慮到快速掘錨成套裝備工作時的惡劣環境，有必要對粉塵濃度測量儀增加防護裝置，通過實地考察礦井下工作環境，避免儀器受到煤塊碎屑損壞儀器，最終確定的防護裝置如圖2所示。圖2為設備保護工裝，其中顯示屏防護門既可為粉塵設備的顯示屏提供保護，打開后又能即時查看粉塵測量數據，工裝盒主體是提供防護的主要部分，同時在設備保護工裝側面開設了數據孔防護門，關閉時可避免粉塵進入數據孔，打開時可導出設備數據或給設備充電，在進行實際測量時，有孔耳座可通過鐵絲綁定在掘錨設備上，方便對掘錨設備各個位置進行布點，提手為設備的攜帶提供了便利。根據儀器的測量原理，只需將進塵口暴露在粉塵環境中，就可以測量。在工裝的防護下，可以避免儀器其他部位受到粉塵的污染以及防止碎屑砸壞儀器。

圖2 粉塵測量儀保護工裝結構圖

2 方案設計與實施

為獲得最具有代表性的快速掘錨成套裝備工作時的粉塵濃度情況，我們選取較為典型的巷道掘進條件（截割寬度5.4m，截割高度4.5m，月平均進尺600m）作為測量分析的基礎模型。快速掘錨成套裝備實際生產運行的工況如圖3所示。

為了獲得掘錨設備采掘過程中巷道粉塵濃度的分布情況，粉塵濃度測量儀的布點數量及位置的選取就十分重要，需要考慮到設備上安裝測量儀的可行性以及測試結果的完整性。將6臺粉塵濃度測量儀從1～6進行編號，圖3展示了6臺粉塵濃度測量儀在掘錨設備上的布點設計位置。從圖3可以看出，1～3號距離掘錨斷面較近，4～5距離掘錨斷面較遠，但接近除塵設備的排塵口，6號粉塵測試儀位于掘錨機的尾部，圖4為粉塵濃度測量儀在掘錨設備上的實際布點位置示意圖。

圖3 巷道斷面及粉塵儀布放位置示意圖

圖4 粉塵儀自掘錨機布點位置示意圖

將帶有工裝防護裝置的粉塵濃度測量儀固定在圖4的布點位置，各個布點處在掘錨設備上的實際裝配圖如圖5所示。

圖5 實測布點位置

3 測試結果

圖6(a)～(f)分別是1～6號布點位置的粉塵濃度隨時間的變化情況，由圖6可知，不同位置的粉塵濃度有著明顯差異，這與布點位置距離煤礦斷面的距離有著直接關系，首先，距離較近位置的1、2號布點粉塵濃度相對要高，其粉塵濃度在120mg/m3以上，而靠近排塵口較近的4、5號粉塵濃度的平均值最高，說明除塵設備將離斷面較近的粉塵轉移到較遠位置處。在快速掘錨成套裝備工作時，整個時間段內，各布點的粉塵濃度值大都在某一個值附近，除了個別點出現峰值外，其他時間的濃度相對較穩定。

圖6 各個布點粉塵濃度隨工作時間變化

表1為6個布點位置在一段時間內的粉塵濃度峰值與平均值。由表1可知，5號位置處的粉塵濃度峰值最高，3號位置處粉塵的峰值濃度最低，而4號位置的粉塵平均濃度最高，3號位置的平均濃度最低，3號位置的粉塵濃度污染相對較好，但其還是高于國家規定的煤礦工作粉塵濃度最高標準(3.5mg/m3)。由其他位置的粉塵濃度情況可知，礦下作業時的環境比較惡劣，粉塵濃度嚴重超標，需要格外關注。同時，根據掘錨機不同點位粉塵濃度情況，可為掘錨機除塵設備的布置及設計提供基礎數據。

表1 不同點位粉塵濃度峰值與平均值

4 結語

煤礦職業安全健康環境監測對實現煤礦無害化作業和保障煤礦從業人員生命全周期職業安全健康意義重大。需要構建煤礦粉塵防控及職業安全健康長效機制。而由于地下礦井復雜的環境，粉塵濃度測量相對較難。本文針對煤炭礦井工作的健康環境問題，通過設計地下礦井掘錨裝備工作時粉塵濃度的采集方案，全面地測量了快速掘錨成套裝備在工作時各個位置的粉塵濃度，可以為地下煤礦工作的除塵措施提供數據，也對煤礦環境下的健康作業提供了科學依據。