綜掘工作面綜合除塵技術(shù)

魏世建

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

引言

粉塵會(huì)惡化井下工作環(huán)境，給作業(yè)人員身體健康及工作安全等帶來(lái)較大威脅[1-2]。為此，眾多學(xué)者對(duì)煤礦井下粉塵防治技術(shù)展開研究，并針對(duì)性地提出除塵、控塵等技術(shù)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(shè)備應(yīng)用推廣，采掘作業(yè)面推進(jìn)速度明顯提升，從而導(dǎo)致作業(yè)點(diǎn)粉塵濃度明顯增加[3-5]。針對(duì)采煤工作面而言，通過(guò)在回采巷道內(nèi)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(jìn)速度可達(dá)到300～500 m/月，通過(guò)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(jìn)效率、注水效果不佳等問(wèn)題[6-8]。為此，本文以山西某礦3506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程實(shí)例，針對(duì)煤層原始含水率底、掘進(jìn)迎頭粉塵濃度高等問(wèn)題，提出針對(duì)性粉塵治理技術(shù)，以期在一定程度上改善掘進(jìn)迎頭環(huán)境質(zhì)量、提高巷道掘進(jìn)效率。

1 3506 運(yùn)輸巷概況及除塵措施

1.1 掘進(jìn)巷道概況

3506 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為矩形（凈高3.4 m、凈寬5.6 m），沿著礦井回采的5 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為2 590 m，掘進(jìn)范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。3506 運(yùn)輸巷采用EBZ-220 懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，錨網(wǎng)索方式支護(hù)圍巖，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺控制在380 m/月。5 號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，厚度均值6.8 m，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、泥巖及碳質(zhì)泥巖為主。根據(jù)已有資料顯示，5 號(hào)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(rùn)劑后吸水率增加不明顯，通過(guò)采用注水方式降低粉塵濃度效果不佳。同時(shí)5 號(hào)煤層較為松軟，測(cè)定硬度在0.4。5 號(hào)煤層產(chǎn)塵強(qiáng)度為80～1 860 g/t，對(duì)巷道掘進(jìn)期間粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定、分析，發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)迎頭呼吸性粉塵占比分別為21.4%～22.9%。

1.2 現(xiàn)采取的除塵措施

3506 運(yùn)輸巷在掘進(jìn)迎頭用分段注水、長(zhǎng)壓短抽除塵等試驗(yàn)，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(shí)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(hào)煤層本身屬于難以浸潤(rùn)煤層、孔隙率較低，導(dǎo)致煤層注水效果不佳。高壓噴霧在掘進(jìn)迎頭應(yīng)用后，粉塵、噴霧混合可實(shí)現(xiàn)粉塵快速下沉，但是大量噴霧會(huì)影響綜掘司機(jī)視野；長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)設(shè)備由于未有針對(duì)性控塵措施，導(dǎo)致迎頭風(fēng)量紊亂，粉塵彌漫整個(gè)掘進(jìn)迎頭。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，綜掘司機(jī)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(shí)司機(jī)視野受限。

2 綜合除塵技術(shù)應(yīng)用

針對(duì)3506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)的5 號(hào)煤層浸潤(rùn)性較差及掘進(jìn)迎頭粉塵濃度較高問(wèn)題，提出在掘進(jìn)迎頭使用分段調(diào)風(fēng)控制技術(shù)、轉(zhuǎn)載點(diǎn)多層次噴霧除塵技術(shù)，從而在掘進(jìn)巷道內(nèi)形成立體的除塵措施，具體布置如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)巷道內(nèi)形成立體的除塵設(shè)備布置示意圖

2.1 綜掘機(jī)高效噴霧抑塵

具體巷道掘進(jìn)迎頭噴霧裝置布置如下頁(yè)圖2 所示，在搖臂上布置環(huán)形噴霧裝置并在噴霧裝置下部垂直噴霧裝置下側(cè)布置噴嘴，在懸臂下側(cè)通過(guò)噴嘴噴射的高壓水霧形成霧幕，抑制綜掘機(jī)破煤及垮落產(chǎn)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(kuò)散量。

圖2 巷道掘進(jìn)迎頭噴霧裝置布置示意圖

2.2 轉(zhuǎn)載點(diǎn)多層次噴霧除塵

多噴霧除塵裝置布置如圖3 所示，巷道轉(zhuǎn)載點(diǎn)兩側(cè)共計(jì)布置3 組噴霧除塵裝置，第一組位于轉(zhuǎn)載點(diǎn)前方，增加煤體濕度，降低轉(zhuǎn)載過(guò)程中粉塵產(chǎn)生量；第二組位于轉(zhuǎn)載點(diǎn)上方，抑制轉(zhuǎn)載過(guò)程中粉塵產(chǎn)生并減少轉(zhuǎn)載過(guò)程中粉塵外溢量；第三組位于轉(zhuǎn)載點(diǎn)后方1 m處并向轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧，阻止粉塵被風(fēng)流或者輸送帶帶出。通過(guò)3 組噴霧設(shè)備，降低轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵產(chǎn)量并將粉塵控制在較小范圍內(nèi)。

圖3 轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧裝置布置示意圖

巷道用噴霧除塵裝置參數(shù)為：噴霧壓力2 MPa 以上；噴霧量265 L/min，其中掘進(jìn)機(jī)噴霧量為148 L/min，一運(yùn)及二運(yùn)噴霧量均為58.5 L/min。

2.3 迎頭控風(fēng)除塵

在3506 運(yùn)輸巷迎頭采用的控風(fēng)除塵技術(shù)降低迎頭粉塵外溢量，通過(guò)骨架風(fēng)筒制作控風(fēng)除塵系統(tǒng)，并通過(guò)側(cè)面開口實(shí)現(xiàn)分風(fēng)。除塵器置于轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾跑道上，可滿足巷道快速掘進(jìn)需要；采用可伸縮柔性風(fēng)筒或者剛性風(fēng)筒，將集塵裝置、除塵器連接，對(duì)含有高濃度粉塵氣體進(jìn)行凈化。為提高長(zhǎng)壓短抽除塵效果，采用的集塵裝置應(yīng)盡量靠近粉塵點(diǎn)，具體在掘進(jìn)迎頭采用分體式吸塵罩，具體布置如圖4 所示。

圖4 除塵風(fēng)機(jī)吸塵口示意圖

在迎頭布置的風(fēng)筒出風(fēng)量共計(jì)490 m3/min，其中徑向、軸向出風(fēng)量分別為420 m3/min、70 m3/min；除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量合計(jì)為415 m3/min，其中機(jī)面罩左一、右一吸風(fēng)量分別為95 m3/min、80 m3/min；吸側(cè)罩左二、右二吸風(fēng)量分別為110 m3/min、130 m3/min。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在3506 運(yùn)輸巷采用上文所述綜合除塵技術(shù)后，現(xiàn)場(chǎng)粉塵治理取得較為顯著的效果。具體迎頭位置現(xiàn)場(chǎng)情況如圖5 所示。

圖5 掘進(jìn)迎頭現(xiàn)場(chǎng)情況

通過(guò)使用綜合除塵技術(shù)，司機(jī)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(guò)82.3%、89.2%，操作司機(jī)視野清晰，可清楚掌握截割頭破煤情況；采用的除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備可靠性較強(qiáng)，不會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)作業(yè)人員工作帶來(lái)干擾，同時(shí)不會(huì)增大作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

3506 運(yùn)輸巷采用EBZ-220 懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到380 m/月，巷道掘進(jìn)速度快，掘進(jìn)所在的5 號(hào)煤層本身含水率較低、煤層浸潤(rùn)性差，導(dǎo)致掘進(jìn)迎頭粉塵濃度較高。

依據(jù)掘進(jìn)煤層及掘進(jìn)迎頭現(xiàn)場(chǎng)情況，提出綜合采用噴霧除塵、長(zhǎng)壓短抽方式降低粉塵濃度。在綜掘機(jī)懸臂、轉(zhuǎn)載點(diǎn)位置均布置噴霧裝置，從而減少產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵產(chǎn)生量及外溢量；采用長(zhǎng)壓短抽除塵方式凈化含高濃度粉塵氣體，達(dá)到改善現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量目的。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，司機(jī)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。