綜合降塵技術在綜掘巷道中應用研究

＊吳永華

（晉能控股煤業集團正珠煤業有限公司 山西 032600）

綜掘在提升巷道掘進效率、緩解礦井采掘接替緊張局面以及降低作業勞動強度等方面表現出顯著優勢，在煤礦井下應用較為廣泛。綜掘機截割頭破煤巖時，受截割頭沖擊影響迎頭產生大量的粉塵，同時掘進人員始終在掘進迎頭內，高濃度粉塵會嚴重影響現場作業人員身體健康，僅采用通風降塵措施難以滿足巷道迎頭粉塵治理需要。為此，眾多技術人員及研究人員對綜掘巷道粉塵治理技術展開研究，文中就結合以往研究成果，并以山西某礦31107運輸巷掘進為工程背景，采用現場實測法對巷道掘進期間粉塵分布情況進行分析，并針對性提出綜合降塵技術措施，為巷道安全高效掘進創造良好條件。

1.工程概況

山西某礦設計產能為280萬t/a，井田范圍內可采煤層包括2#、3#、7#、11#、13#等，其中淺部的2#及3#煤層資源已回采殆盡，現階段生產主要集中在7#及11#煤層。31107運輸巷沿著回采的11#煤層底板掘進，煤層厚度均值3.9m、傾角2°～8°，煤層賦存穩定，煤質以優質的無煙煤，開采經濟效益顯著。11#煤層頂底板巖性以砂質泥巖、粉砂巖以及細粒砂巖為主，具體巖性參數見表1。

表1 1#煤層頂底板巖性

31107運輸巷為矩形斷面，巷道凈寬×凈高=5.4m×3.9m，設計掘進長度為1820m，采用EBZ132綜掘機+DWZY/1000/1000自移式機尾+CMM2-21錨桿鉆車方式掘進、運行及支護圍巖，巷道采用錨網索支護方式，全斷面掛網。31107運輸巷掘進期間采用2臺型號FBDNO.7局部通風機+φ800mm風筒供風，供風量為525m3/min。受到掘進斷面大、11#煤層原始含水率低等多因素影響，31107運輸巷掘進期間粉塵質量濃度偏高，導致現在作業人員工作環境惡劣，不但制約巷道掘進效率而且存在較大的安全風險。

2.巷道粉塵分布特點分析

為掌握在31107運輸巷粉塵分布特點，采用FCC-25粉塵采樣器對不同位置粉塵質量濃度進行監測。在31107運輸巷內左側為用以運輸煤矸等物料的帶式輸送機、右側為通風風筒及行人通道，為精準的獲取各位置粉塵質量濃度，在巷道內間隔25m布置一個測站，每個測站包括有4個測點（測點間距為1m，兩側測點與巷道間隔均為1.2m），實現巷道全斷面粉塵質量濃度監測，具體運輸巷內粉塵測站布置情況見圖1。依據31107運輸巷各測站粉塵質量濃度監測結果得到巷道內全塵、呼吸性粉塵分布情況以及呼吸性粉塵占比，從而掌握掘進巷道內粉塵分布情況。

圖1 運輸巷內粉塵測站布置示意圖

（1）巷道內全塵分布特征。根據各測站粉塵質量濃度監測結果，繪制的運輸巷內全塵分布曲線見圖2。從圖中看出，巷道現采用的除塵方式無法及時降低全塵質量濃度，巷道內各位置全塵質量濃度普遍偏高。隨著與巷道掘進迎頭距離的不斷增加，全塵質量濃度快速增大，其中在靠近掘進迎頭位置全塵質量濃度可超過450mg/m3，隨著測點與巷道迎頭間距增大，全塵粉塵質量濃度呈現快速降低趨勢；在100m測點時全塵質量濃度降至105mg/m3，僅為掘進迎頭位置前塵質量濃度的23.3%；與掘進迎頭間距超過100m后巷道內粉塵質量濃度降幅不明顯，其中在與巷道迎頭間距400m時巷道內全塵質量濃度仍可達到49.3mg/m3，分析此部分粉塵主要來源于帶式輸送機運輸的原煤。

圖2 巷道內全塵分布曲線

（2）巷道內呼吸性粉塵分布特征。依據各測站粉塵質量濃度監測結果發現，隨著與掘進迎頭間距不斷縮小，呼吸性粉塵質量濃度呈快速增加趨勢，其中在掘進迎頭位置呼吸性粉塵質量濃度可達到165mg/m3；在與迎頭間距100m時呼吸性粉塵質量濃度仍可達到63.6mg/m3，與巷道迎頭間距增至400m時呼吸性粉塵質量濃度為33.6mg/m3。具體巷道內各位置呼吸性粉塵與全塵比例統計結果見圖3。在巷道內呼吸性粉塵質量濃度占比整體較高，特別是測站與掘進迎頭間距超過150m位置后，分析主要是由于全塵沉降速度較快，而呼吸性粉塵具有比表面積大、體積小、質量輕等特點，可在空氣中長時間懸浮并隨著空氣流動而不斷移動，同時帶式輸送機在運輸期間也會產生一定量的呼吸性粉塵。

從運輸巷內粉塵質量濃度分布監測結果看出，由于31107運輸巷掘進速度快、綜掘機功率大以及截割斷面大，導致掘進迎頭位置粉塵質量濃度整體偏高，同時巷道轉載、運輸期間會產生一定量的粉塵，從而惡化巷道內環境質量。因此，應結合31107運輸巷粉塵分布特征制定降塵技術措施。

3.綜合降塵技術應用

針對31107運輸巷掘進迎頭粉塵產生量大、巷道內呼吸性粉塵質量濃度占比高、掘進現場環境惡劣等問題，為給運輸巷綜掘創造良好條件，結合現場情況提出綜合采用掘進區域內煤層注水、綜掘機高壓噴霧降塵、長壓短抽通風除塵、轉載機及破碎機噴霧降塵等措施。

（1）掘進區煤層注水。增加煤層含水率可從根本上降低綜掘機截割期間粉塵產生量，結合31107運輸巷掘進期間鉆場布置情況。提出在巷道兩側的鉆場內向掘進區域煤體中布置鉆孔，進行分段式深孔高壓注水。在31107運輸巷鉆場內施工兩個注水鉆孔，鉆孔開孔距離巷道底板均為1.5m，鉆孔靠近巷道上部布置，鉆孔孔深及注水深度統一為68m，孔徑為83mm，在鉆孔內下放分段式注水封孔器進行分段注水，具體鉆孔內分段式注水封孔器結構組成見圖4。通過巷道掘進迎頭布置的注水鉆孔，確保掘進區域內煤體含水率提升至2.8%以上，從而降低綜掘機截割期間以及巷道上部落煤沖擊產生的粉塵量。采用5BZ-2/16型動壓注水機提高鉆孔注水效果，實現高壓注水。

圖4 分段式注水封孔器結構圖

（2）綜掘機機載高壓噴霧降塵。提高綜掘機噴霧降塵效果可有效改善掘進迎頭粉塵質量濃度高問題，為此結合EBZ132綜掘機結構特征，在綜掘機懸臂根部位置增加安裝機載噴霧泵站、懸臂上增設外噴霧裝置并通過高壓膠管供水，提高截割期間綜掘機噴霧除塵能力，具體現場布置情況見圖5。

圖5 機載高壓噴霧降塵裝置布置示意圖

在綜掘機懸臂上增設5個G型噴嘴，從而實現截割范圍內全覆蓋噴霧。依據現場情況將噴霧壓力初步設定為6MPa并可依據噴霧除塵效果進行調整，通過高壓噴霧形成降塵帷幕，減少截割期間粉塵外溢量。綜掘機上增設的機載噴霧泵型號為BP25/8P，該噴霧泵具有性能可靠、體積小以及噴霧壓力調節范圍廣等優點。具體在EBZ132綜掘機增設的機載高壓噴霧系統技術參數見表2。

表2 機載高壓噴霧系統技術參數

（3）增設除塵風機。針對31107運輸巷迎頭粉塵質量濃度高問題，在巷道迎頭采用KCG-600D干式除塵風機，該除塵風機額定處理能力可達到600m3/min，與巷道掘進迎頭供風量接近，可有效改善迎頭環境質量。

（4）破碎機、轉載機及巷道內噴霧降塵。破碎機及轉載點位置容易產生粉塵，因此抑制破碎機及轉載點粉塵產生量并減少粉塵外溢量，可改善巷道內環境質量。依據31107運輸巷內使用的破碎機特點，提出在破碎機上增設集塵罩，在集塵罩上布置有噴霧設備，在破碎機運行期間通過覆蓋集塵罩減少粉塵外溢量，同時通過噴霧設備減少破碎機粉塵產生量。在轉載點上增設噴嘴，實現轉載點范圍內噴霧降塵，從而抑制轉載點位置粉塵產生量，同時通過噴霧可增加帶式輸送機上運輸原煤含水率，從而減少運輸期間粉塵量。

在距離掘進迎頭30～50m范圍內按照5m間隔布置兩道自動控制的凈化水幕，水幕采用ZPH-127紅外裝置控制，當監測到有行人通過時會自動停止噴霧；在凈化水幕附近布置粉塵傳感器，依據粉塵傳感器監測結果實現凈化水幕自動控制，從而提高凈化水幕噴霧降塵效果。

4.現場應用效果

在31107運輸巷采用綜合降塵措施后，巷道掘進迎頭環境質量得以明顯改善、粉塵質量濃度明顯降低。通過綜合降塵措施后，掘進迎頭掘進司機位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度分別控制到29.6mg/m3、11.9mg/m3，粉塵治理取得較好效果。

5.總結

31107運輸巷采用EBZ132綜掘機掘進，受巷道掘進速度快、掘進斷面大、煤層原始含水率低以及現有的除塵措施效果不明顯等多因素影響，31107運輸巷掘進迎頭、巷道內粉塵質量濃度較高，從而制約巷道掘進效率并影響現場作業人員身體健康。采用現場測試法對運輸巷內全塵、呼吸性粉塵分布情況進行分析，并結合現場粉塵分布特征，提出綜合采用綜掘機機載高壓噴霧系統、煤層高壓注水、產塵點（轉載點及破碎機位置等）噴霧、巷道迎頭凈化水幕等方式進行綜合降塵，并具體給出各降塵方式布置參數。現場應用后，31107運輸巷掘進期間粉塵質量濃度大問題得以較好解決，現場監測發現掘進迎頭綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度分別控制在29.6mg/m3、11.9mg/m3以內，現場采用的綜合降塵技術取得較好應用成果。