煤礦工作面通風與防塵的技術研究

弓 超，樊勝杰

(潞安化工集團 余吾煤業公司，山西 長治 046100)

1 采煤工作面粉塵危害程度評價

1.1 粉塵危害評價標準

采煤過程會產生大量煤塵和巖塵，對于煤礦井下作業場所和人行道空氣中的粉塵含量，《煤礦安全規程》作出了明確規定，具體濃度標準見表1。

表1 煤礦井下粉塵種類及濃度標準

粉塵中游離二氧化硅含量不同，其工作場所空氣中粉塵容許濃度標準也不盡相同，具體規定見表2。

表2 工作場所空氣中粉塵容許濃度標準

粉塵中的游離二氧化硅含量，生產性粉塵濃度超標倍數以及作業現場工人接塵時間肺總通氣量可以在很大程度上表征粉塵危害程度，本文通過綜合分析以上3項指標，并結合生產性粉塵作業危害程度分級標準(GB 5817-86)，對采煤工作面的粉塵危害程度進行分級，共分為5個等級，分別是：0級、I級危害、II級危害、III級危害、Ⅳ級危害。

1.2 粉塵危害評價結果

經實地監測，該煤礦回采工作面的粉塵濃度為673～964 mg/m3，根據《煤礦安全規程》、《工作場所有害因素職業接觸限值》以及《生產性粉塵作業危害程度分級》相關規定，該煤礦粉塵濃度遠遠超出規定允許濃度，嚴重影響煤礦安全生產和作業人員身體健康，經綜合評價認為該煤礦粉塵危害程度為最高級的IV級危害，必須采取有效的措施防治粉塵。

2 余吾煤業通風防塵案例分析

2.1 余吾煤業N1105工作面通風系統

2.1.1 工作面通風系統

N1105工作面通風系統設計為“U型兩進一回”通風系統，N1105膠帶巷進風(5號貫以外布置有N1103膠帶巷輔助進風)，N1105回風巷回風，布置有N1105高抽巷，用以對回采過程中采空區及圍巖裂隙涌出的瓦斯進行抽采，從而降低工作面風排瓦斯壓力，如圖1所示。

圖1 N1105工作面通風系統示意

2.1.2 瓦斯涌出量預測

N1105工作面煤層原始瓦斯含量為8.5 m3/t， N1105工作面試采前實測最大殘余可解析含量為4.809 2 m3/t。

N1105工作面煤層最大可解析瓦斯含量為4.809 2 m3/t，利用AQ1018-2006分源預測法對工作面的最大瓦斯涌出量進行預測。N1105工作面絕對瓦斯涌出量為33.54 m3/min。N1105工作面回采期間采用高抽巷、裂隙帶鉆場、平行孔及采空區埋管措施進行瓦斯抽采。根據N1105工作面抽采情況及相鄰工作面低負壓抽采系統抽采能力，預計N1105工作面低負壓抽采能力(順層鉆孔除外)為20 m3/min，則N1105工作面最大風排量為13.54 m3/min。

2.2 礦井粉塵監測及個體防護

1) 總粉塵的粉塵濃度監測，分為井下監測、地面監測和粉塵散度監測，檢測時間頻率分別為每月2次、每月1次、每6個月1次。

2) 個體呼吸性粉塵監測，分為綜采工作面監測和其他場所監測，時間頻率分別是每3個月1次、每6個月1次。

3) 粉塵中游離SiO2含量監測，需要提取接塵作業場所測定樣品，樣品有效數量不低于3個，時間頻率為每6個月1次，工作面變更時進行1次測定。

4) 監督作業人員佩戴過濾式防塵口罩，口罩數量與自救器數量一致。

3 采煤工作面粉塵防治技術

3.1 井下灑水防塵措施

煤礦井下灑水、消防系統采用合流制，是將井下排水進行處理至水質符合標準后使用，由地面消防水池供給地面靜壓清水池(V=2×300 m3)，設置加壓泵房1座：V=9 m×6 m×3.3 m，消防泵2臺：型號：XBD6/15-80×3 (1備1用) ,Q=54 m3/h，H=60 m 。管道引入方式為副井引入，由于消火栓的靜壓和出口壓力最大不超過1.0 MPa和 0.5 MPa，同時考慮到靜壓水池與井有200～400 m的高差，因此在水流送至各灑水點之前，需要在井底利用減壓閥減壓。

井下消火栓及消防支管出口壓力一般0.4 MPa，井下其他各用水設施出口壓力大于1.0 MPa的采用動壓給水。

井下降塵灑水696.09 m3/d，井下消防用水162.00 m3/d，井下自動噴水滅火用水57.6 m3/d。

3.2 煤層注水防塵措施

相比其他防塵措施，從根本上減少采煤過程中粉塵產生量的措施是煤塵注水，其除塵率可達60%～80%，較理想的情況下，煤塵注水措施可以將總粉塵濃度減少75%～85%，呼吸性粉塵濃度減少65%以上。煤層注水的方法是通過鉆孔的方式，將水從鉆孔內注入到煤層中，將每層浸濕，使得煤體中的水分增加，進而減少粉塵的產生。

3.3 綜合通風防塵管理措施

防塵工作的根本目的是從根本上減少粉塵產生量，盡可能減少工作面的浮沉量；對于已經產生的浮沉，需要采取適當的方法使其沉降，避免粉塵進入風流，隨著風流飛揚，對作業人員工作效率和身體健康產生不利影響。對于降塵之后剩余的粉塵，需要從井下排出地面，主要方式是足量的風流進行稀釋，需要合理控制風速，避免因風速過大，導致粉塵重新飛揚。

在對粉塵進行管控時，首先要分析粉塵來源，采掘工作面是礦井粉塵最主要的來源場所，產塵之后，粉塵飛揚受到風流速度的影響，除此之外，煤巖石的裝卸和轉載運輸同樣會對粉塵飛揚產生影響。在粉塵防控措施設計中，需要綜合考慮各個作業場所和工作面，其中包括采掘工作面、煤巖裝卸點、運輸巷、膠帶斜巷、工作面運輸巷等主要產塵和聚塵場所。

1) 安裝靜壓水管，在膠帶、回風巷鋪設靜壓水管。

2) 采煤機安裝內、外噴霧裝置。為減少割煤過程中擾動煤體產生大量粉塵，需要采取割煤機安裝噴霧的方式，減少煤塵產生，噴霧流量根據實際情況選擇，內噴霧和外噴霧工作壓力2 MPa和4 MPa，噴霧裝置故障或無水時需停止采煤作業。

3) 定時檢查維修防塵設施。檢修班防塵段需要確保防塵設施的正常使用，需要每天對各防塵設施進行檢查維修。

4) 安裝自動噴霧系統，安裝位置在支架小梁下和后連桿機構下安裝架間、放煤自動噴霧系統，可以實現在降架和放煤的過程中，噴霧同步打開，達到及時降塵的目的，維護人員為支架及檢修工和放煤工。

5) 安裝噴霧設置，設施安裝位置為各轉載點，為保證霧化效果，達到降塵目的，要求噴嘴固定牢固且與落煤點的距離不大于0.5 m，負責維護的人員為各轉載點司機及檢修工。

6) 破碎機兩側封閉，出煤口安裝灑水裝置，裝置噴頭數量為3個。

7) 每班設專職防塵員，并嚴格執行“五位一體”開工制度。對工作面膠帶、回風巷進行沖洗，沖洗距離為距工作面100 m范圍內，沖洗頻率為每班一次，對距離工作面100 m外也要進行定期沖洗，沖洗頻率為每天至少一次。除此之外，生產班也需要安排人員進行防塵灑水，主要方式是跟隨采煤機作業，灑水范圍是整個工作面以及支架處，并向通風調度匯報防塵情況。

8) 做好個體防護，佩帶防塵口罩。

9) 進風流設置兩道凈化水幕，位于膠順工具房往里50 m范圍及膠順轉載機機頭往里至大溜機頭處。回風巷距工作面50 m范圍內安裝兩道捕塵網及配套風流凈化水幕，出水方向與風向一致，呈順風向下趨勢，各個噴頭間的距離為500 mm，與水平面夾角控制在30～45°范圍內，通過凈化水幕噴射對捕塵網進行沖洗，巷道整個斷面需要被捕塵網覆蓋，為達到更好的防塵效果，安裝聯動水幕，在作業進行過程中，捕塵網須打開水幕，且水幕捕塵網能夠隨時移動，及時滿足工作面降塵需求。

10) 在工作面回風巷與回風大巷交叉口安裝凈化水幕，數量為一組，具體位置為交叉口下風側10 m范圍內，噴頭間距為500 mm，且出水方向與水平面夾角控制在30～45°范圍內。

11) 在膠帶巷安裝三道凈化水幕，出水方向與風向一致，呈順風向下趨勢，三道水幕具體位置分別是：內部距離工作面200 m的位置；距膠順輔運巷口100 m的位置；上述兩道凈化水幕的中間，水幕設置可移動，在實際作業過程中，根據回采作業移動到需要位置。

4 綜采工作面粉塵防治技術現場效果進行驗證及總結

1) 煤炭生產中產生的粉塵通常附著在井壁和土壤上，大量粉塵懸浮在礦井通道中。煤礦生產人員若長期處于高濃度粉塵環境中，會對呼吸系統造成嚴重損害，并威脅健康。因此，通風除塵、井下灑水防塵和佩戴防塵口罩，尤為重要。

2) 煤層注水技術始于二戰期間的蘇聯。我國經過幾十年的探索研究，最終闡明了煤層注水降塵的潤濕機理，為煤層注水降塵提供了理論依據。本次采用混合式煤層注水方式 ，實踐證明對于預防煤礦粉塵和煤與瓦斯爆炸有著十分明顯的效果。

3) 采煤和采煤機割煤作業，容易給綜采采煤工作面帶來大量粉塵，數據顯示，約有60%的粉塵都是在采煤時產生的。余吾煤業通過給采煤機安裝內、外噴霧裝置，實際降塵效果顯著。實踐證明，這種形式的噴霧降塵不僅可以防止灰塵逐漸擴散到人行道上，而且有效降低了綜采采煤工作面的粉塵濃度。

4) 做好煤炭運輸過程中的噴霧降塵工作，可以減少采煤過程中的粉塵量。特別是運輸巷降塵時，由于膠帶具有一定的平均輸送速度，兩條膠帶之間的高度存在一定差異，因此，細粉塵會在空氣阻力和氣流的影響下懸浮，并隨氣流擴散，造成粉塵污染。通過對礦井粉塵污染程度的現場測試，可以得出原運輸巷周圍的粉塵濃度為453 mg/m3(國家標準為225 mg/m3)。采用噴霧降塵措施和加壓水噴霧降塵后，運輸巷周圍的粉塵濃度調整為213 mg/m3，降塵效果顯著。

5) 工作面采煤時，手動打開水幕捕塵網，并使水幕的位置隨著采煤工作的移動而有規律地移動；工作面卸煤時，打開凈化水幕，并在防塵網簾上灑水，以捕集煤塵。經調查數據顯示，不使用捕塵網時，采煤工作面煤塵濃度為15 mg/m3。安裝凈化水幕后，粉塵濃度平均降至6 mg/m3，平均降塵率達到60%.

綜合數據顯示，余吾煤業在采煤工作面、煤巖裝卸點、運輸通道、膠帶斜巷、工作面輸送槽等主要產塵、集塵場所，采取了一系列綜合防塵通風管理措施，在預防井下煤塵事故、改善井下工業衛生條件、降低員工職業病風險等方面取得了顯著成效。