阳煤一矿81108回风巷综掘粉尘防治效果研究

聂贵亮

(华阳新材料科技集团有限公司 一矿,山西 阳泉 045000)

粉尘长期以来一直是煤矿主要的危害之一[1]。由于大量吸入粉尘容易引发尘肺病、心血管疾病等慢性职业病，且尘肺病目前仍无法治愈，是我国第一大职业性疾病，每年新增尘肺病人数近2万人，大多数都是煤矿职工[2]。高浓度煤尘还能造成煤尘爆炸，威力远超瓦斯爆炸，危害极强。巷道掘进是煤矿生产中必不可少的一步，因为近年来掘进机应用的普及，综掘面粉尘浓度上升明显，对工人的身心健康和企业安全生产的危害也急剧上升[3-4]。本文以阳煤一矿81108回风巷掘进面为例，研究了适用于掘进截割粉尘的最优喷雾压力，制定了综合降尘方案，为同类型其他工作面提供指导。

1 阳煤一矿81108回风巷掘进工作面概况

阳煤一矿位于山西省阳泉市西北20 km处，目前核定年生产能力为850万t，隶属于华阳新材料科技集团有限公司，是国有现代化大型矿井。81108回风巷是81108采煤工作面的回风巷，地表位于老虎圪梁以东，松帽梁以西，阴山梁以南，坟地沟以北的山梁沟谷地带。煤层厚度为5.6～6.36 m，平均厚度为5.98 m；煤层硬度(f值)为2.0；绝对瓦斯涌出量为1.08 m3/min。回风巷为沿15号煤基本顶下端掘进的半煤岩巷，巷道断面为6 m×7 m的矩形，巷道设计长度(从采区辅助回风巷算起)为787 m，坡度最小1～12°，平均6°。巷道目前采用EBZ-150A型掘进机机械化快速掘进，经过测算，工作面压入式通风供风量842.5 m3/min，供风量较大，掘进迎头煤岩壁面风速很高，加剧了粉尘扩散。

2 81108回风巷综掘面粉尘治理现状

当前81108回风巷掘进面主要采用掘进机自带内外喷雾和一运转载点喷雾两种降尘措施。外喷雾喷头采用实心锥雾化喷头，喷嘴直径1.2 mm。根据《煤矿安全规程》关于防尘用水的规定，外喷雾水压应≥2 MPa。但现场实际应用中发现，按规定中2 MPa的供水压力条件，外喷雾喷嘴雾化效果并不理想，粉尘灾害的治理效果欠佳，直接观测能见度很低。内喷雾喷头经常堵塞、损坏，应用效果也不理想。通过对掘进机割煤过程的分析发现，粉尘产生的源头主要有两个：一个是截割头上的截齿旋转碰撞煤岩壁面产生；另一个是煤岩壁面上的大块碎煤掉落到地板上相互碰撞，再次产生粉尘。所以不仅要利用掘进机自带内外喷雾向截割头周围喷射水雾，还要向底板落煤处喷射降尘介质，以保障降尘效果。

3 81108回风巷综掘面防尘技术应用

3.1 防尘技术设计

为了提高粉尘治理效果，确定适合综掘截割粉尘的喷雾效果，将喷雾供水压力调整至2 MPa、4 MPa、6 MPa和8 MPa，雾滴流型如图1所示。可以看出，喷雾水压力较低时喷雾场扩散角更大。2 MPa时雾滴流型最稳定覆盖面积最广，6 MPa、8 MPa时扩散角近似，与喷嘴距离较远的雾滴流场近似称为圆柱形。同时，直接在综掘机上设置1个增压机，测定了不同水压下对截割粉尘的降尘效率，以确定最优喷雾水压参数。测尘点位于综掘机司机处，利用直读式测尘仪测定粉尘浓度，降尘效率根据公式(1)计算，结果如图2所示。可以看出，随着供水压力增加，呼尘和全尘的降尘效率都显著提升，全尘降尘效率从2 MPa时的62%增长至8 MPa时的77%，呼尘效率则从33%提高了30个百分点，达到了8 MPa时的63%.但也可以看出，虽然降尘率随供水压力一同上升，但上升幅度逐渐变缓，全尘降尘率至8 MPa时几乎趋于平缓，呼尘降尘率增幅也明显变小。由于压力较高时会对设备稳定性产生影响，而且会增加其磨损，成本较高，因此，喷雾供水压力为8 MPa时比较合理。

(1)

式中：μ为降尘率，%；c0为无降尘条件下的粉尘浓度，mg/m3；c1为降尘后的粉尘浓度，mg/m3。

图1 不同压力下的喷雾流型

图2 不同压力喷雾的降尘效率

由于工作面供风的影响，掘进机喷雾可能无法完全治理截割头截割产生的粉尘，因此部分残余细微粒径粉尘会随风流向巷道后方扩散，污染整条巷道。因此除了掘进机外喷雾和转载点喷雾外，还在巷道中安设了多道全自动防尘水幕帘，如图3所示。这种防尘措施主要通过含有水膜的防尘网阻隔随空气扩散的粉尘，在上端安设雾化喷头向防尘网喷射水雾，以在防尘网上形成水膜；利用红外感应器控制门帘开闭，当探测到有行人经过时自动打开门帘关闭水雾，防止行人被水雾淋湿，影响作业效率。在距离工作面迎头50 m范围内安设2道，距工作面50 m往外每隔300 m安设1道，喷头参数和掘进机外喷雾相一致。

图3 防尘水幕帘示意

对转载点喷雾进行了改进，增加了粉尘浓度传感器和主控器，当感应到空气中粉尘浓度升高时加大转载点处喷雾用量，喷嘴朝向上胶带末端喷射，如图4所示。

3.2 粉尘治理效果测定

根据《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》[4]的规定，在掘进机司机位置和距工作面迎头55 m处(全自动水幕帘后方5 m)设置了2个测尘点，测尘仪高度依然是工人呼吸带高度。粉尘浓度如表1所示，降尘率采用公式(1)计算。

表1 降尘效果 mg/m3

由于81108掘进巷道为半煤岩巷道，截割岩石产生的粉尘危害远高于割煤。可以看出，没有开启防尘装置时,全尘和呼尘浓度分别高达909.1 mg/m3和495.7 mg/m3，即使距离掘进面迎头55 m外，全尘和呼尘的浓度依然高达461.4 mg/m3和275 mg/m3，粉尘危害十分严重，亟待解决。采用了综合性的防尘技术以后，在掘进机司机位置，全尘浓度降低到了209.5 mg/m3，呼尘浓度降至179.7 mg/m3。由于水幕帘所用喷雾压力同样为8 MPa，因此水幕帘隔尘效果较好，距掘进迎头55 m处呼尘和全尘降尘率接近90%.

4 结 语

1) 阳煤一矿81108回风巷为半煤岩巷道，综掘机截割时产尘的危害性较大。由于掘进机自带内喷雾几乎不可用，外喷雾雾化效果不佳，因此粉尘问题较为严重。通过对不同喷雾供水压力条件下降尘效率的测定发现，8 MPa时综掘机司机处降尘效率最高，作为日常除尘参数最为合理。

2) 制定了掘进机高压外喷雾、全自动转载点喷雾降尘、高压全断面水幕帘相结合的综合降尘方案。实测结果表明，在距离综掘面迎头55 m处对全尘和呼尘的降尘率接近90%，粉尘治理效果较好。