1、62/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言由于我国独特的能源赋存结构，煤炭将长期处在能源消费的第一位1。我国约 90%的煤炭产自地下井工矿，这就需要开掘巷道来形成采煤面、供风送人等。综掘机凭借其高效安全的特点，近年来在我国矿井掘进中的应用越来约广泛，但高强度机械截割也造成了掘进面粉尘浓度急剧增加，有些矿井全尘浓度可达 1000mg/m3以上，长期在这种高浓度粉尘条件下工作极易罹患尘肺病2。尘肺病目前依然无法治愈的一种呼吸性疾病，煤矿每年因尘肺病死亡的人数超过煤矿其他生产性事故总和，煤尘爆炸或煤尘瓦斯爆炸事故危害性也十分严重3。本文以综掘面为例进行了降尘技术改进和效果分析，以
2、期为综掘工作面粉尘防治技术措施应用提供借鉴。1 5302 综掘面概况5302巷位于三盘区山2#煤层，煤层厚度1.923.98m、倾角为 1 5，该煤层层理发育但节理不发育，巷道设计总长度为 2016m，供风量 847m3/min，5302 综掘巷道断面是宽度和高度分别为 5.5m 和 3.6m 的长方形，是断面面积接近 20m2的大断面巷道，断面平均风速约为0.7m/s，该巷道掘进结束后将被用于 8302 工作面回采时的行人、通风、运输等。该工作面掘进时截割头的截割路线为从下向上的“S”形，如图 1 所示。当截割稍硬岩石时，可采用由上而下左右截割的方法；遇到大面积硬岩时，不能勉强截割，有部分露
3、头的硬岩应先截割其周围部分，使其坠落。对于机组不能直接截割的大块坠落体，采用风镐将岩石开裂，然后进行截割作业。根据同煤层临近巷道揭露断层情况分析，推测 5302巷向前掘进 682m、1076m 依次揭露H=2.2m、H=1.8m 左右的正断层。根据上覆 12#、14#层间推测，向前掘进至 1887m 可能揭露一条H=1.7m 正断层。根据揭露火成岩墙情况分析，推测在 888m 处可能遇见一条火成岩墙，宽度在 0.81.2m。根据回风巷、皮带巷揭露的煌斑岩侵入情况分析，推测在 173 米左右可能有煌斑岩侵入，侵入范围约 165m。可以看出，5302 巷道掘进过程中将遇到多个断层、岩石侵入等现象，
4、在截割至这些结构时产生的粉尘危害将大大增加。煤层顶板情况如表 1 所示，伪顶和直接顶分别为强度较高的泥岩和粉细砂岩。由于山 2#煤层厚度不均，5302 巷道掘进过程中将截割至伪顶甚至是直接5302综掘面防尘技术应用段江涛（山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司，山西宁武 036700）摘要：高强度掘进导致的高浓度粉尘问题在综掘工作面越发严重。为了治理综掘面粉尘危害，对工作面现场掘进条件进行了分析，认为由于煤层厚度变化较大，掘进过程中将截割到顶板坚硬岩石，现有掘进机自带内外喷雾无法满足降尘需求，提出了采用空气雾化外喷雾、全断面自动水幕帘和转载点封闭式除尘相结合的综合降尘方案。结果表明，在掘进机司机处降
5、尘效率从原有的 45%提升至 85.3%，剩余浓度分别为 82mg/m3和 51.8mg/m3，显著改善了综掘面作业环境，为员工身体健康提供了有力保障。关键词：综掘面；粉尘；粉尘治理；喷雾降尘图1 “S”形截割路线图2023.7 矿业装备/63顶处以满足巷道高度要求。截割岩石时产生粉尘的危害程度远高于截割煤体，因此，该巷道高效降尘需求迫切。2 5302 综掘面粉尘治理现状目前，5302 综掘面降尘手段仅有掘进机自带内外喷雾和转载点处开放式喷雾。经过在工作面现场的实际测试发现，由于巷道过断层且会截割至顶板岩石，因此，内喷雾喷头磨损、堵塞现象十分严重，几乎无法正常发挥降尘效果。外喷头雾化效果不佳，
6、降尘效率较低，且其耗水量较大，约为 3m3/h，很容易造成工作面积水，影响截割工作效率。在司机处测定的开启内外喷雾后全尘和呼尘浓度分别为 332.2mg/m3和 182.0mg/m3，粉尘浓度依然非常高，在这种条件下长时间作业会严重影响工人身心健康。3 5302 综掘面防尘技术应用掘进机截割产生粉尘主要有两部分：第一，截齿随截割头旋转时碰撞、截割煤岩体，煤体受截齿侵入及摩擦作用发生破碎产生粉尘。此时产生的粉尘范围相对较为集中，主要为截割头外侧的圆环区域，如图 2 所示，该圆环区域的宽度与截割参数和煤岩体性质有关，当截割头摆动速度和截割头旋转速度较快时，圆环宽度随之增加；当煤岩体脆性较低时，煤体
7、破碎范围减小，圆环宽度也随之降低。经过长期现场观察发现，5302 综掘面壁面产尘圆环宽度为 2040cm，该区域为降尘介质最重要的作用区域。第二，地面扬尘也是综掘面产生粉尘的重要来源。这部分粉尘由煤岩体碎块从高处壁面掉落至地面时发生碰撞、破碎后产生，同时煤岩体碎块掉落到地面存在大量冲击动能，造成地面原有沉积粉尘和碰撞产生的粉尘同时飞扬。这部分粉尘仅依靠掘进机截割头上布置的降尘措施很难治理，且在压入式通风条件下，5302 工作面壁面局部实测风速最高可达 4m/s，粉尘产生后迅速向掘进断面周围扩散，增加了粉尘治理难度。3.1 防尘技术改进由于 5302 工作面掘进过程中将截割到由泥岩、粉细砂岩构成
8、的伪顶和直接顶，因此工作面对用水量有严格限制，以防止积水与岩石混合后影响作业效率损坏机械。为了降低工作面用水量，本文采取气水雾化喷头进行截割头降尘，同时配合全断面自动水幕帘作为辅助除尘措施。该巷道探放水钻孔时瓦斯涌出量可能突然增大，且该矿为高瓦斯矿，因此未采用除尘风机，以保障企业生产安全。在掘进机截割臂均匀安设 6 个扩散角度为 60的空气雾化喷头，经预先测试，当气压和水压分别为 0.3MPa和 0.2MPa、水量为 1m3/h 时雾化效果和扩散角度最佳。在 5302 掘进巷道内共设置有 3 道全断面自动水幕帘，在距工作面 30m 处内安装 2 道净化水幕，在巷道入口向内 50m 处设置 1
9、道感应式水幕帘，水雾喷射方向朝向巷道内部（逆风流方向），喷射效果如图 3 所示。全断面自动水幕帘喷嘴雾化角度为 90，每个水幕帘用水量为 2m3/h。为了治理转载点处因煤岩碎块转运图3 全断面水雾喷射效果图2 掘进机截割产尘及降尘介质作用区域表1 煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称厚度/m岩性特征物理力学性质/MPa老顶中粗砂岩6.5319.6灰白色中粗粒砂岩。中粗粒状结构，中-厚层状构造抗压强度120.55抗拉强度2.97直接顶粉细砂岩3.5413.53灰白色中细砂岩，局部夹泥岩。粒状结构，层状构造抗压强度46.74抗拉强度2.85伪顶泥岩0.330.76黑灰色泥岩，泥质结构，层状构造抗压强度
10、31.22抗拉强度4.06直接底泥岩0.611.16黑灰色泥岩，泥质结构，层状构造抗压强度131.3抗拉强度6.9164/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺过程中掉落、碰撞发生扬尘污染巷道后方，在转载点处安设封闭式喷雾降尘装置，喷嘴雾化角度为 120，如图 4 所示。3.2 防尘技术改进后粉尘治理效果根据煤矿井下粉尘综合防治技术规范4的规定，将 5302 综掘面测尘点设置在掘进机司机处和第一道全断面自动水幕帘后 3m 处，测尘时利用两台测尘仪同时测定呼尘和全尘浓度，高度为人员呼吸带高度。获取粉尘浓度后利用公式（1）计算5降尘效率，结果如表 2 所示。（1）式中：是降尘率，%；c0
11、是无降尘条件下的粉尘浓度，mg/m3；c1是降尘后的粉尘浓度，mg/m3。经过实测发现，在没有采用任何降尘措施的条件下，掘进机司机位置的全尘平均浓度达到了 606mg/m3，呼尘平均浓度高达 353mg/m3，粉尘危害十分严重。在原有防尘技术条件下，仅能把全尘和呼尘浓度分别降低到332mg/m3和 182mg/m3，在水幕帘后侧 3m 处粉尘浓度仍然分别高达 243mg/m3和 143mg/m3。对防尘技术方案进行改进后，在掘进机司机处对全尘的降尘效率达到了 86.5%，对呼尘的降尘效率提高至 85.3%，剩余浓度分别为 82mg/m3和 51.8mg/m3；经过水幕帘后全尘和呼尘浓度分别降低
12、至 52.8mg/m3和28.9mg/m3。可以看出，经改进后粉尘治理效果有显著提升，且避免了工作面积水，保证了高降尘效果的同时维持了作业效率。4 结束语对 5302 综掘巷道掘进方向的地质情况进行了分析，掘进过程中将过断层、截割至顶板岩石，粉尘危害严重且会损坏内喷雾喷头，粉尘治理效果较差。对降尘方案进行改进后，采用气水雾向截割头喷射从源头治理粉尘，同时采用全断面自动水幕帘净化向后方运移的含尘空气，利用封闭式喷雾降尘装置治理转载点处粉尘。实测结果表明在掘进机司机处全尘和呼尘降尘率均在 85%以上，在全断面水幕帘后方全尘和呼尘剩余浓度分别为52.8mg/m3和 28.9mg/m3。参考文献1 武
13、强,涂坤,曾一凡,等.打造我国主体能源(煤炭)升级版面临的主要问题与对策探讨J.煤炭学报,2019,44(6):1625-1636.2 PopeCA,EzzatiM,DockeryDW.Fine-ParticulateAirPollutionandLifeExpectancyintheUnitedStatesJ.TheNewEnglandJournalofMedicine,2009,360(4):376-386.3 汤研,王德明,王和堂.综采工作面粉尘浓度分布模拟研究J.煤炭技术,2015,34(8):203-205.4 中华人民共和国安全生产行业标准.煤矿井下粉尘综合防治技术规范 S.200
14、6.5 周文东.掘进机截齿割煤产尘机制及减尘应用研究 D.徐州:中国矿业大学,2020.表2 不同地点粉尘浓度 mg/m3测尘点序号原始粉尘浓度防尘技术改进前防尘技术改进后全尘浓度呼尘浓度全尘浓度呼尘浓度全尘浓度呼尘浓度掘进机司机处1615.3364.8352.2183.978.250.22636.6355.7349.3187.480.552.93567.9339.7295.1174.787.452.4平均值606.6353.4332.2182.082.051.8降尘率45.2%48.5%86.5%85.3%水幕帘后3m1512.2291.2244.3149.254.725.62498.6279.4265.3138.952.433.53485.7283.2220.2141.651.327.5平均值498.8284.6243.3143.252.828.9降尘率51.2%49.7%89.4%89.9%图4 转载点喷雾示意
