晶鑫煤礦綜掘工作面粉塵綜合治理技術研究

吳 鵬

（山西陽城陽泰集團晶鑫煤業股份有限公司，山西 陽城 048100）

煤礦巷道掘進作業是井下主要產塵地點之一，晶鑫礦3133回風順槽采用掘進機作業，掘進強度大，粉塵濃度最高時可達700 mg/m3以上，嚴重威脅礦工身體健康。針對掘進面粉塵問題采用了綜合降塵技術[1-6]，取得了良好效果。

1 工作面概況

晶鑫煤礦位于山西省陽城縣，隸屬于山西陽城陽泰集團。3133 回風順槽掘進工作面煤種為3#無煙煤，煤層厚度2.47～4.80 m，平均厚3.65 m，煤層硬度f值為4，煤層裂隙不發育，煤質狀況見表1。

表1 煤質情況

3133 回風順槽設計長度436 m，位于+630 m水平東采區。巷道北為掘進巷道前方；東為掘進巷道右翼，為3133 工作面煤柱；南為掘進巷道后方；西為掘進巷道左翼。工作面采用的掘進機型號為EBZ120，采用FBDY №5.6/（2×11 kW）型通風機供風，供風量為400 m3/min。

2 綜合降塵技術及效果

綜掘面粉塵主要產生點有4 個，分別是掘進機截割作業產塵、星輪旋轉裝載產塵、轉載點拋煤碰撞產塵以及鉆孔支護產塵，針對4 個產塵點所需的粉塵治理措施也不同。

2.1 掘進面綜合降塵技術優化

掘進機機身自帶有外噴霧，但并未對產塵點做針對性調整和優化，且長時間使用出現了損壞、噴嘴堵塞等問題。針對截割頭旋轉割煤產塵，選用的噴嘴應該霧化效果高、射程遠且噴嘴噴出的霧滴粒徑較小，噴嘴在截割臂上的安裝布置如圖2。噴霧裝置共由8 個噴嘴以及上下兩個半圓形供水鋼管組成，供水鋼管既作為噴嘴的供水管路，又作為噴嘴固定支架安裝在截割臂與掘進機身連接處。上半部分供水鋼管上安裝有5 個噴嘴，下半部分安裝3 個噴嘴，由于截割頭旋轉割煤時粉塵主要從截割頭左右兩邊拋出，因此在上部供水鋼管的左右兩邊分別設置兩個噴嘴，以增加霧滴密度，保證降塵效果。供水鋼管上方安裝5 mm 厚的鋼板，避免截割過程中掉落的煤體碎塊砸壞噴嘴。噴嘴安裝角度都向外側傾斜20°，實現了噴射霧滴場對截割頭的全包裹。通過長期現場觀測發現，煤壁破碎產塵區域呈近似圓環形，直徑略大于截割頭外徑，因此能夠保證粉塵在霧滴場內部產生，增加了噴霧降塵的效率。

圖1 3133 回風順槽位置示意圖

圖2 截割臂噴霧安裝示意圖

分析可知，掘進機鏟板上的旋轉星輪鏟煤的過程中也會產生粉塵，在掘進機機身前側的下部均勻安裝4 個實心錐噴霧，霧化角度為90°，保證霧滴場完全覆蓋整個鏟板，如圖3。

圖3 掘進機外噴霧系統安裝示意圖

除了綜掘機截割頭旋轉截割產塵以及星輪裝煤產塵以外，迎頭煤壁受到掘進影響可能發生大范圍破裂甚至垮落片幫，大范圍煤體掉落到底板上發生破碎產塵和二次揚塵。這種粉塵產生點以及具體范圍難以預判，同時設置除塵風機進行負壓抽塵。如圖4 所示，負壓風機吸風口通過硬質抽出式風筒連接至掘進面迎頭附近，產生的負壓風場與壓入式風筒吹出的正壓風場聯合形成前段空氣幕，粉塵產生后不會向巷道后方移動，而是從抽出式風筒入口處吸入，最終被除塵風機凈化。

圖4 長壓短抽式封閉除塵技術示意圖

轉載點處通常布置有霧化噴嘴，而干式打鉆作業產生的粉塵通常難以有效治理。為進一步治理巷道空氣中飄散的粉塵，在距工作面迎頭20 m 和50 m 處分別安裝一道全斷面全自動水幕簾，當有行人經過時由紅外傳感器感應并自動關閉供水開關。每道水幕簾頂端安裝有4 個擴散角度為60°的扇形噴頭，孔徑為1.2 mm，供水水壓為5 MPa，如圖5。

圖5 防塵水幕簾示意圖

2.2 降塵效果

綜合降塵技術效果好壞需要在綜掘工作面實地進行測量，采用CCZ-1000 直讀式測塵儀在掘進機司機處和水幕簾后方5 m 處測定粉塵濃度，每次測量均采用兩臺測塵儀同時測定全塵和呼塵濃度。先關閉所有降塵措施，測定兩個位置的原始全塵和呼塵濃度，然后開啟優化后的掘進機外噴系統、除塵風機以及水幕簾，測定治理后的粉塵殘余濃度，每個點均測3 次取平均值。

實測結果見表2。除塵率按照公式（1）計算：

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

式中：μ為除塵率，%；c1為沒有降塵措施時的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

由表2 看出，掘進機司機處原始全塵平均濃度為745.4 mg/m3，采用了優化后的掘進機外噴霧除塵、除塵風機抽塵凈化綜合降塵手段以后殘余平均濃度為95.1 mg/m3，降塵率達到了87.2%；呼塵平均濃度從382 mg/m3降低至50.6 mg/m3，降塵率達到了86.8%。在水幕簾后方5 m 處，由于其阻隔了粉塵向巷道后方移動，粉塵度更低，全塵平均濃度從639 mg/m3降低至39.7 mg/m3，降塵率高達93.8%，而呼塵平均濃度從352.9 mg/m3降低至27 mg/m3，降塵率達到了92.4%。因此，綜合降塵措施能夠有效治理綜掘工作面粉塵問題，保障了工人身心健康和礦井安全高效生產。

3 結論

針對綜掘工作面產塵特征，對掘進機外噴霧進行了改進優化，對掘進機底部星輪旋轉裝載產塵布設了專用霧化噴嘴，同時采用了濕式除塵風機形成封閉式治塵空間，安設了2 道全斷面水幕簾凈化降塵。全塵和呼塵降塵率在掘進機司機處分別達到了87.2%和86.8%，在降塵風幕后方5 m 處降塵率分別為93.8%和92.4%。