煤矿采煤工作面粉尘运移规律研究

袁碧波

（1.太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030000；2.山西国投塔山煤矿，山西 大同 037000）

煤尘灾害是矿井五大灾害之一[1]，煤矿工人长时间工作在高浓度粉尘环境下，容易罹患尘肺病、矽肺病等疾病[2,3]。同时，爆炸性粉尘达到一定浓度后易发生粉尘燃烧及爆炸[4]。由于山西国投塔山煤矿回采工作面产尘量大，工艺复杂，一直是该煤矿粉尘治理的重点、难点[5]。而且，由于对回采工作面、进风顺槽和回风顺槽粉尘运移规律不清晰，导致多种防尘措施应用效果不佳。

因此，本文以山西塔山煤矿为研究对象，通过对该矿8360采煤工作面、进风顺槽、回风顺槽进行现场粉尘浓度实测，得出全尘和呼吸性粉尘的运移规律，同时根据粉尘运移规律，采用喷雾降尘措施，以期使该矿粉尘得到有效治理，为该矿粉尘治理提供一定的理论基础。

1 工作面概况

选取山西国投塔山煤矿8360采煤工作面为研究对象。该工作面采用U型通风方式，全长120m，高3.6m，宽4.8m，断面面积为17.2m2。进风顺槽和回风顺槽各长400m，宽5m，高3.6m。采用长壁式开采方式，一次采全高，运煤皮带设在进风顺槽内。

2 粉尘浓度测定方法

本研究采用计重法测量粉尘浓度，使用FCC-25式粉尘浓度测量仪，在粉尘采样头内铺设已称重并标记的滤膜，通过滤膜吸附粉尘，然后计算滤膜的增重，除以空气的流量，得出空气内粉尘的浓度。其中，采用特制采样头，将空气中粒径大于5μm的粉尘过滤，再通过以上方法，即得出呼吸性粉尘的浓度。其具体计算如公式（1）所示：

式中：

C-粉尘浓度，mg/m3；

W1-采样前滤膜重量，g；

W2-采样后滤膜重量，g；

Q-采样流量，mL/min；

t-采样时间，min。

域间二维路由协议的报文设计主要是涉及OPEN报文和UPDATE报文，剩余的KEEPALIVE报文和NOTIFICATION报文不做修改，保持与传统路由协议一致。

2.1 采样点的布置

本研究中粉尘采样点依据GBZ/T192.1－2007《工作场所空气中粉尘测定 第1部分:总粉尘浓度》和GBZ/T192.2-2007《工作场所空气中粉尘测定 第2部分:呼吸性粉尘浓度》中规定，为了更好地显示粉尘运移规律的延续性，适当加密测点数量。具体测点布置如下：

（1）采煤工作面：在下隅角布设采样点C1，距离下隅角每隔20m布设一个采样点，依次编号为C2，C3，C4，C5，C6，C7。

（2）进风顺槽：在下隅角布设采样点J1（和C1为同一点），之后每隔100m布设一个采样点，依次编号为J2，J3，J4，J5。

（3）回风顺槽：在上隅角布设采样点H1（和C7为同一点），距离上隅角每隔100m布设一个采样点，依次编号为H2，H3，H4，H5。

具体采样点布置示意图如图1所示。

图1 采样点布置图

2.2 测定方法

将一定量的滤膜烘干并称重，做好标记，到井下特定地点，将粉尘采样器安设到支架上，并将采样器高度调整到1.5m（呼吸带高度），使采样头对准风流吹来的方向，将采样时间预设为5min，流量为20mL/min，开启采煤机，等巷道内粉尘分布均匀，达到正常工作时巷道内的粉尘浓度时，开启采样器，进行粉尘采样。采样完毕后，将滤膜取下，对折两次，到实验室烘干并称重，根据公式（1），计算出巷道内粉尘浓度。

3 粉尘浓度实测结果分析

3.1 进风顺槽粉尘运移规律

进风顺槽粉尘运移规律如图2所示。

图2 进风顺槽粉尘运移规律图

由图2可得，在进风顺槽内，全尘和呼吸性粉尘浓度基本稳定，随着距采煤工作面距离的增加，全尘和呼吸性粉尘的浓度出现一定波动，但是波动很小，全尘的最高浓度和最低浓度差为 6mg/m3左右。全尘浓度基本在国家标准（10mg/m3）以下，呼吸性粉尘部分测点虽高于国家标准（3.5mg/m3），然而所超浓度不大。其中全尘浓度最高点出现在J2（10.4mg/m3），其原因是现场实测时，在J2点有人员聚集。J5点属于进风顺槽的进风口位置，此处有运煤皮带的转载点，导致全尘和呼吸性粉尘浓度都较高。

3.2 采煤工作面粉尘运移规律

采煤工作面粉尘运移规律如图3所示。

图3 采煤工作面粉尘运移规律图

由图3可得，在采煤工作面，巷道内粉尘的浓度波动较大。C3点为采煤机两滚筒中间点，为采煤工作面的主要粉尘源。从C1到C3，随着距离粉尘源的位置的靠近，巷道内的全尘和呼吸性粉尘都快速增加，到C3点，粉尘浓度高达160mg/m3，之后全尘浓度快速下降，到C4点，粉尘浓度达到67mg/m3，粉尘浓度较C3点下降了90mg/m3左右，下降幅度达58%，而呼吸性粉尘浓度下降较慢，下降了24mg/m3，下降幅度为50%。之后，到C5点，全尘和呼吸性粉尘浓度都有一定的上升，分别达到了87mg/m3和29 mg/m3，这是因为随着采煤机的移动，在C5点进行了液压支架的移架，造成了粉尘浓度的短暂增加。从C5到C7全尘和呼吸性粉尘浓度都有缓慢下降，但是下降幅度不大。

3.3 回风顺槽粉尘运移规律

回风顺槽粉尘浓度如图4所示。

图4 回风顺槽粉尘运移规律图

由图4可得，在回风顺槽内，随着距离H1测点（上隅角）距离的增加，巷道内全尘浓度有较大的下降，而呼吸性粉尘的浓度下降幅度较小。其中，全尘浓度在 H2（61.6mg/m3）到 H3（42.4mg/m3）之间下降了19.2mg/m3，下降幅度达31%，这是因为在H2和H3两点之间有一个防尘网，但是，这两点之间呼吸性粉尘仅下降0.8mg/m3，下降幅度仅为5.6%，说明巷道内防尘网对呼吸性粉尘浓度的下降影响较小。

3.4 采煤工作面呼吸性粉尘占全尘比例

采煤工作面呼吸性粉尘占全尘比例如图5所示。

图5 呼吸性粉尘占全尘比例

由图5可得，在采煤工作面下隅角位置处，呼吸性粉尘占全尘比例最高，接近90%，之后，在C2点占比大幅度下降，为24%，之后，呼吸性粉尘占全尘比例缓慢上升，到C4点，呼吸性粉尘占全尘比例达到局部最高点，为36%，之后，随着距粉尘产尘点距离的增加，呼吸性粉尘占全尘的比例缓慢下降，到C7点，达到28.6%。

4 喷雾降尘措施

根据以上所得粉尘运移规律，在C3点、H1点采用喷雾降尘措施，粉尘浓度得到很大程度的降低，具体数据如图6所示。

图6 喷雾除尘后工作面及回风巷粉尘浓度

由图6可得，当在C3、H1两点采取喷雾除尘措施后，两点全尘浓度分别下降了80%、76.3%，呼吸性粉尘浓度分别下降了63.2%、55.8%。工作面C3点、回风巷H1点后，粉尘浓度也有了大幅度降低，粉尘危害得到了有效治理。

5 结语

（1）经现场实测得出，在进风顺槽，巷道内粉尘浓度基本能够达到国家标准，但是由于运煤皮带设置在进风顺槽，导致巷道内粉尘浓度接近甚至微量超过国家标准，由于回风顺槽行人较少，因此可以将皮带运输机设置在回风顺槽内。

（2）在采煤工作面，粉尘浓度最高点出现在采煤机滚筒割煤部位，全尘和呼吸性粉尘浓度分别达到160mg/m3和48mg/m3，整个巷道内粉尘浓度远超国家标准，因此在巷道内布置喷雾除尘等防尘措施的同时，在产尘点位置，要布置泡沫除尘、除尘器等在尘源防尘、除尘较好的措施。