綜掘工作面綜合除塵技術

魏世建

（山西汾西宜興煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

引言

粉塵會惡化井下工作環境，給作業人員身體健康及工作安全等帶來較大威脅[1-2]。為此，眾多學者對煤礦井下粉塵防治技術展開研究，并針對性地提出除塵、控塵等技術措施，主要的除塵方式包括有噴霧、注水及泡沫除塵等。隨著礦井新型、大功率采掘設備應用推廣，采掘作業面推進速度明顯提升，從而導致作業點粉塵濃度明顯增加[3-5]。針對采煤工作面而言，通過在回采巷道內超前注水可在一定程度上增加煤層含水率、降低粉塵量；而綜掘工作面推進速度可達到300～500 m/月，通過布置超前鉆孔雖然可在一定程度上增加煤層含水率，但是卻存在影響巷道掘進效率、注水效果不佳等問題[6-8]。為此，本文以山西某礦3506 運輸巷掘進為工程實例，針對煤層原始含水率底、掘進迎頭粉塵濃度高等問題，提出針對性粉塵治理技術，以期在一定程度上改善掘進迎頭環境質量、提高巷道掘進效率。

1 3506 運輸巷概況及除塵措施

1.1 掘進巷道概況

3506 運輸巷設計斷面為矩形（凈高3.4 m、凈寬5.6 m），沿著礦井回采的5 號煤層底板掘進，設計掘進長度為2 590 m，掘進范圍內煤層賦存穩定、地質構造不發育。3506 運輸巷采用EBZ-220 懸臂式掘進機掘進，錨網索方式支護圍巖，巷道掘進進尺控制在380 m/月。5 號煤層賦存穩定，厚度均值6.8 m，頂底板巖性以粉砂巖、泥巖及碳質泥巖為主。根據已有資料顯示，5 號煤層滲透性較差，孔隙率為2.6%，煤層原始含水率僅為0.35%～0.93%；煤層吸水性較差，吸水率控制在0.24%～0.32%、添加濕潤劑后吸水率增加不明顯，通過采用注水方式降低粉塵濃度效果不佳。同時5 號煤層較為松軟，測定硬度在0.4。5 號煤層產塵強度為80～1 860 g/t，對巷道掘進期間粉塵濃度進行測定、分析，發現巷道掘進迎頭呼吸性粉塵占比分別為21.4%～22.9%。

1.2 現采取的除塵措施

3506 運輸巷在掘進迎頭用分段注水、長壓短抽除塵等試驗，增加煤層含水率、降低粉塵量，但是由于施工的鉆孔孔深短、注水時間及注水量有限、注水壓力較小等影響，煤層含水率增加幅度及影響范圍有限，特別是5 號煤層本身屬于難以浸潤煤層、孔隙率較低，導致煤層注水效果不佳。高壓噴霧在掘進迎頭應用后，粉塵、噴霧混合可實現粉塵快速下沉，但是大量噴霧會影響綜掘司機視野；長壓短抽通風設備由于未有針對性控塵措施，導致迎頭風量紊亂，粉塵彌漫整個掘進迎頭。現場測定發現，綜掘司機處全塵、呼吸性粉塵濃度分別為315 mg/m3、1 226 mg/m3，粉塵濃度較高，同時司機視野受限。

2 綜合除塵技術應用

針對3506 運輸巷掘進的5 號煤層浸潤性較差及掘進迎頭粉塵濃度較高問題，提出在掘進迎頭使用分段調風控制技術、轉載點多層次噴霧除塵技術，從而在掘進巷道內形成立體的除塵措施，具體布置如圖1所示。

圖1 掘進巷道內形成立體的除塵設備布置示意圖

2.1 綜掘機高效噴霧抑塵

具體巷道掘進迎頭噴霧裝置布置如下頁圖2 所示，在搖臂上布置環形噴霧裝置并在噴霧裝置下部垂直噴霧裝置下側布置噴嘴，在懸臂下側通過噴嘴噴射的高壓水霧形成霧幕，抑制綜掘機破煤及垮落產塵外溢；在懸臂上方布置噴霧裝置向巷道兩幫噴霧，形成霧幕，減少粉塵擴散量。

圖2 巷道掘進迎頭噴霧裝置布置示意圖

2.2 轉載點多層次噴霧除塵

多噴霧除塵裝置布置如圖3 所示，巷道轉載點兩側共計布置3 組噴霧除塵裝置，第一組位于轉載點前方，增加煤體濕度，降低轉載過程中粉塵產生量；第二組位于轉載點上方，抑制轉載過程中粉塵產生并減少轉載過程中粉塵外溢量；第三組位于轉載點后方1 m處并向轉載點噴霧，阻止粉塵被風流或者輸送帶帶出。通過3 組噴霧設備，降低轉載點粉塵產量并將粉塵控制在較小范圍內。

圖3 轉載點噴霧裝置布置示意圖

巷道用噴霧除塵裝置參數為：噴霧壓力2 MPa 以上；噴霧量265 L/min，其中掘進機噴霧量為148 L/min，一運及二運噴霧量均為58.5 L/min。

2.3 迎頭控風除塵

在3506 運輸巷迎頭采用的控風除塵技術降低迎頭粉塵外溢量，通過骨架風筒制作控風除塵系統，并通過側面開口實現分風。除塵器置于轉載機機尾跑道上，可滿足巷道快速掘進需要；采用可伸縮柔性風筒或者剛性風筒，將集塵裝置、除塵器連接，對含有高濃度粉塵氣體進行凈化。為提高長壓短抽除塵效果，采用的集塵裝置應盡量靠近粉塵點，具體在掘進迎頭采用分體式吸塵罩，具體布置如圖4 所示。

圖4 除塵風機吸塵口示意圖

在迎頭布置的風筒出風量共計490 m3/min，其中徑向、軸向出風量分別為420 m3/min、70 m3/min；除塵風機吸風量合計為415 m3/min，其中機面罩左一、右一吸風量分別為95 m3/min、80 m3/min；吸側罩左二、右二吸風量分別為110 m3/min、130 m3/min。

3 現場應用效果分析

在3506 運輸巷采用上文所述綜合除塵技術后，現場粉塵治理取得較為顯著的效果。具體迎頭位置現場情況如圖5 所示。

圖5 掘進迎頭現場情況

通過使用綜合除塵技術，司機位置全塵、呼吸性粉塵濃度降低至55.8 mg/m3、132.5 mg/m3，粉塵濃度降幅超過82.3%、89.2%，操作司機視野清晰，可清楚掌握截割頭破煤情況；采用的除塵系統結構簡單，設備可靠性較強，不會給現場掘進作業人員工作帶來干擾，同時不會增大作業人員勞動強度。

4 結語

3506 運輸巷采用EBZ-220 懸臂式掘進機掘進，掘進進尺可達到380 m/月，巷道掘進速度快，掘進所在的5 號煤層本身含水率較低、煤層浸潤性差，導致掘進迎頭粉塵濃度較高。

依據掘進煤層及掘進迎頭現場情況，提出綜合采用噴霧除塵、長壓短抽方式降低粉塵濃度。在綜掘機懸臂、轉載點位置均布置噴霧裝置，從而減少產塵點粉塵產生量及外溢量；采用長壓短抽除塵方式凈化含高濃度粉塵氣體，達到改善現場空氣質量目的。經現場應用后，司機位置全塵、呼吸性粉塵濃度降低至55.8 mg/m3、132.5 mg/m3，粉塵治理效果較好。