綜掘巖巷工作面粉塵綜合治理技術探討

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【摘要】針對綜掘巖巷粉塵產生量大、噴霧降塵效果不佳等問題，本文提出綜合使用綜掘機外噴霧系統、空氣幕封閉降塵技術以及化學降塵技術等對粉塵進行治理，并依據現場實際情況對各項技術現場布置方案進行設計。現場應用后，全塵、呼吸性粉塵濃度分別降低至15.4mg/m3、9.5mg/m3以內，粉塵降幅分別達到97.0%、96.3%。綜合防塵技術應用后顯著改善了掘進迎頭環境質量。

【關鍵詞】綜掘巖巷；粉塵治理；局部通風；除塵風機；空氣幕

綜掘可顯著提高巖巷掘進效率并降低作業人員勞動強度，但是掘進迎頭粉塵產生量較炮掘方式明顯增加。巖塵中具有較高含量的SiO2，會給迎頭作業人員身體健康帶來較大威脅并增加綜掘設備磨損量。現階段綜掘巷道常用的除塵方式包括超前注水、抽塵凈化、綜掘機內外噴霧降塵等，但是受到應用條件限制，單一使用一種防治措施很難改善巖巷粉塵治理效果。本文以礦井13采區運輸大巷掘進為工程背景，針對綜掘巖巷粉塵產生特點，提出綜合性粉塵治理技術，現場應用表明可有效降低綜掘巖巷工作面粉塵濃度。

1工程概況

1.1掘進巷道概況

13采區運輸大巷沿著開采的煤層底板下方約11.44m的泥巖頂板掘進，巷道頂板為細砂巖、底板為泥巖。13采區運輸大巷設計斷面為矩形，凈寬、凈高分別為5100mm、4150mm，巷道凈斷面積為21.165m2，使用型號EBZ318（H）懸臂式綜掘機破巖、皮帶輸送機出矸。采用型號FBD2×30kW局部通風機、配合φ800mm風筒供風，掘進迎頭風量約為320m3/min。

1.2迎頭粉塵現狀

在13采區運輸大巷掘進過程中產塵點集中在綜掘機破巖時，由于巖體密度大、節理以及孔隙不發育，導致粉塵產生量明顯高于煤巷，同時粉塵中呼吸性粉塵占比更高。掛有風筒一側在風壓以及風流作用下，將大量高濃度粉塵壓至巷道頂底板以及另一側位置；在局部通風作用下迎頭粉塵會向外漂移，粉塵濃度由里向外呈逐漸增加趨勢。

2巖巷粉塵高效治理技術

2.1綜掘機高效外噴霧系統

在截割懸臂上布置環形噴霧支架，在支架間隔一定距離安裝8個高效霧化噴嘴，噴嘴與截割頭間距控制在1.5m以內。噴嘴工作時形成的噴霧可形成抑制粉塵擴散的水幕，從而實現高效捕塵以及抑塵。具體綜掘機懸臂上外噴霧系統布置見圖1所示。噴嘴是綜掘機外噴霧系統重要結構單元，對噴霧降塵效果有顯著影響。選擇使用高效霧化噴嘴霧化技術參數為：可通過顆粒粒徑≥2mm、霧滴表面積（加權）平均粒徑≤75μm；2MPa水壓時噴霧霧化角≥85°，8MPa水壓時有效噴霧射程≥2m、消水量≤8L/min。

2.2空氣幕除塵

采用空氣幕除塵技術可控制并降低掘進迎頭粉塵，具體包括控塵技術以及抽塵凈化技術，除塵設備包括有負壓風筒、除塵風機、附壁風筒等，具體結構見圖2所示。2.2.1控制粉塵外溢采用附壁風筒將局部供風全部或者絕大部分改為吹至巷道斷面及周壁的徑向風流；在除塵風機吸入風流作用下在巷道迎頭形成充滿整個斷面的并阻礙粉塵向外擴散的氣幕，將截割頭破巖時產生的粉塵控制在空氣幕與迎頭巖壁間，達到降低粉塵外溢目的，降低粉塵對綜掘司機的影響并改善巷道內空氣質量。附壁風筒是形成徑向新鮮風流氣幕關鍵，傳統的鋼質或者鐵質附壁風筒具有重量重、移動以及安全不方便等問題。而高分子附壁風筒具有質量輕、抗靜電以及阻燃等特點，可大幅降低工作人員勞動強度，故而在巷道迎頭使用。采用高分子材料附壁風筒對風流進行控制，現場使用的附壁風筒長度為1.7m，通過附壁風筒側向出風口以及內部圓形擋板控制風流方向，打開圓形擋板后可將90%風流流向改為徑向，剩余10%從軸向出風口排出；關閉圓形擋板后則風流100%由軸向排出。2.2.2抽塵凈化抽塵凈化即為采用除塵風機、負壓風筒等對空氣幕控制的高濃度粉塵進行處理。將負壓風筒入口位置布置在綜掘司機前方0.5m以外處，風筒直徑為500mm，除塵風機型號為KS-400。將除塵風機布置在帶式輸送機伸縮機尾處，隨著帶式輸送機前移而向前移動，從而降低作業人員勞動強度；除塵風機與綜掘機間間距控制在30~35m間。

2.3化學除塵

噴霧降塵時普通軟化水受到表面張力較高等因素影響，難以將細微的巖塵有效、快速包裹并沉降，從而導致噴霧降塵效果不佳。根據13采區運輸大巷掘進時粉塵物SiO2含量高、顆粒小以及呼吸性粉塵占比高等特點，提出使用新型化學除塵劑進行降塵，采用的除塵劑主要由陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及無機鹽等按照0.25%、0.15%、0.20%、0.10%而成。提出采用電動除塵劑添加裝置實現新型化學除塵劑自動、連續添加，具體裝置布置見圖3所示。電動除塵劑添加裝置結構由計量泵、儲液罐、流量計、安全閥、壓力表、Y型過濾器等構成，存儲在儲液罐內的新型化學除塵劑通過Y型過濾器、流量計以及水表后進入到計量泵內，再通過計量泵加壓將新型化學除塵劑注入到噴霧降塵用水中；Y型過濾器主要用于過濾新型化學除塵劑中大顆粒雜質，避免噴霧系統堵塞；流量計用以控制新型化學除塵劑添加量。在噴霧降塵用水中添加新型化學除塵劑后，噴霧水表面張力≤30mN/m；沉降0.3g以內粉塵耗時≤10s；10s后接觸角降低0°；相對于普通的軟化水降塵效率提升10%以上。

3綜掘巖巷粉塵治理效果分析

綜合防塵技術在13采區運輸大巷掘進工作面進行現場應用，具體應用前后掘進迎頭粉塵濃度測定結果見表1所示。從表1中看出，采用綜合粉塵防治技術后，掘進迎頭位置粉塵濃度得以有效控制，除去掘進迎頭外，其余工作人員活動范圍內全塵、呼吸性粉塵綜合降低率均值分別達到97.0%、96.3%；綜掘機破巖過程中綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵濃度分別控制在15.4mg/m3、9.8mg/m3以內，產生的粉塵不會影響巷道掘進，同時明顯降低了粉塵對作業人員身體健康影響。

4總結

文章提出在綜掘機懸臂上布置高效外噴霧系統，通過使用新型噴嘴將綜掘機破巖過程中產生的粉塵控制在截割頭附近，并降低粉塵外溢量；使用空氣幕除塵技術將高濃度粉塵控制在綜掘司機前方并使用濕式除塵風機對粉塵進行集中治理；使用化學除塵技術改善噴霧用水除塵效率。在巷道現場應用后，掘進迎頭位置全塵、呼吸性粉塵降幅分別為81.5%、81.8%，其余的作業人員頻繁活動區全塵、呼吸性粉塵降幅分別為97.0%、96.3%，粉塵防治效果顯著。

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作者：劉曉宇 單位：晉能控股煤業集團王村煤業公司通風區