惠雙琳

(陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719300)

0 引言

榆神府礦區(qū)是我國(guó)陜北煤炭基地的主力礦區(qū)，規(guī)劃有千萬(wàn)噸級(jí)礦井10多對(duì)，且礦井現(xiàn)代化和機(jī)械化程度極高，在大幅提升產(chǎn)量的同時(shí)，也加劇了井下開(kāi)采過(guò)程中的粉塵危害，且形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。我國(guó)改革開(kāi)放進(jìn)入新時(shí)期后，國(guó)家相繼出臺(tái)了《國(guó)家職業(yè)病防治規(guī)劃》《煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)病危害防治規(guī)定》及新版《煤礦安全規(guī)程》等政策法規(guī)，將煤礦粉塵職業(yè)病防治納入到政府重點(diǎn)工作之中，要求各煤炭生產(chǎn)企業(yè)切實(shí)做好粉塵職業(yè)病危害源頭治理[1-3]。因此，為積極響應(yīng)國(guó)家政策，陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司依據(jù)國(guó)家相關(guān)文件精神向發(fā)改委申報(bào)了2016年度煤礦重大災(zāi)害治理示范工程建設(shè)項(xiàng)目，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)措施和管理經(jīng)驗(yàn)，在陜北煤炭基地建立了首個(gè)粉塵綜合防治示范礦井，有效地改善了井下的作業(yè)環(huán)境，其建設(shè)經(jīng)驗(yàn)可為榆神府礦區(qū)其他礦井的粉塵治理提供一定的參考依據(jù)。

1 總體情況

1.1 礦井概況

檸條塔煤礦位于陜西省神木市西北部，距神木市約36 km，隸屬陜煤集團(tuán)陜北礦業(yè)分公司，省屬?lài)?guó)有重點(diǎn)煤礦，是國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)批復(fù)的陜西省神府礦區(qū)南區(qū)總體規(guī)劃確定的四對(duì)大型礦井之一。礦井于2013年11月建設(shè)投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為1 200萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力1 800萬(wàn)t/a，目前剩余服務(wù)年限68.9 a。礦井井田東西寬約9.5 km，南北長(zhǎng)約19.5 km，面積119.8 km2，采用斜井多水平開(kāi)拓，走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高工藝回采，分區(qū)式通風(fēng)，瓦斯涌出量低，綜采綜掘機(jī)械化程度100%。

檸條塔煤礦裝備了代表國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的綜合機(jī)械化采煤與掘進(jìn)設(shè)備，布置有3個(gè)回采工作面，1～2備采工作面和5～6個(gè)掘進(jìn)工作面，生產(chǎn)能力極大、粉塵污染嚴(yán)重。雖然礦井采用了諸如采掘機(jī)械自帶內(nèi)外噴霧、架間噴霧、連采機(jī)自帶除塵器等多種措施對(duì)其進(jìn)行綜合治理，并制定了礦井防塵管理制度，但由于礦井防塵并未進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)用性和可靠性相對(duì)較差，且使用的技術(shù)措施相對(duì)落后，治理效果不太理想，粉塵濃度仍超過(guò)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍，亟待進(jìn)行治理。

1.2 示范礦井建設(shè)總體規(guī)劃

為保證示范礦井建設(shè)能夠順利開(kāi)展，礦井依托國(guó)內(nèi)科研單位及設(shè)計(jì)單位的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，制定科學(xué)的總體規(guī)劃。

充分調(diào)研：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試，掌握礦井各塵源的粉塵理化性質(zhì)、產(chǎn)塵特點(diǎn)及粉塵運(yùn)移規(guī)律等，并對(duì)現(xiàn)有防塵措施的使用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為防塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)：針對(duì)礦井防塵存在的問(wèn)題，結(jié)合調(diào)研成果，遵循“技術(shù)先進(jìn)、防塵效果好、技術(shù)途徑可行、經(jīng)濟(jì)合理”的原則，采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的防塵技術(shù)措施對(duì)礦井的防塵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

設(shè)備先進(jìn)：針對(duì)選用的防塵措施，遵循“自動(dòng)化程度高、可靠性、適用性強(qiáng)”的原則在全國(guó)范圍內(nèi)公開(kāi)招標(biāo)，采購(gòu)性能最優(yōu)的防塵裝備，并選用專(zhuān)業(yè)化的施工隊(duì)組進(jìn)行安裝和調(diào)試，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的降塵要求的目標(biāo)。

粉塵監(jiān)測(cè)：在粉塵治理取得明顯效果的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于礦井現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)，建立全礦井粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各個(gè)主要作業(yè)區(qū)域粉塵濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

完善制度：在現(xiàn)有防塵管理制度的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的管理理念，進(jìn)一步完善礦井防塵的組織機(jī)構(gòu)、管理制度、操作規(guī)程、考核辦法等制度，確保示范化礦井的效果能夠得到持續(xù)。

2 粉塵綜合治理技術(shù)措施

檸條塔煤礦主要的產(chǎn)塵區(qū)域是綜采工作面、連采工作面、綜掘工作面、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸及主要巷道等，相對(duì)應(yīng)的塵源分別是在采煤機(jī)割煤、連采機(jī)割煤、綜掘機(jī)割煤和轉(zhuǎn)載運(yùn)輸上，在榆神府礦區(qū)的礦井極具代表性，下面針對(duì)上述5種塵源采取相對(duì)應(yīng)的治理技術(shù)措施。

2.1 采煤機(jī)割煤粉塵治理

采煤機(jī)割煤是綜采工作面最主要的塵源[4-6]，其產(chǎn)塵量約占總量的60%，是綜采面粉塵治理的難點(diǎn)。檸條塔煤礦綜采工作面采用一次采全高、走向長(zhǎng)壁后退式、綜合機(jī)械化、全部垮落法管理頂板的回采方法，采高6.3 m，循環(huán)進(jìn)度0.865 m。采煤機(jī)采用雙向割煤，前滾筒沿頂板割頂煤，后滾筒割底煤，往返進(jìn)兩刀，日進(jìn)尺10.38 m。工作面配備了3臺(tái)S300型高壓噴霧泵站，額定工作壓力14.5 MPa，額定流量517 L/min，配風(fēng)量2 228.6 m3/min，工作面有效斷面26 m2，平均風(fēng)速約1.43 m/s。正常割煤司機(jī)處的原始時(shí)間加權(quán)平均總粉塵濃度約56 mg/m3。

針對(duì)該問(wèn)題，結(jié)合大采高綜采工作面采煤機(jī)割煤的產(chǎn)塵特點(diǎn)和粉塵運(yùn)移規(guī)律，首先采用采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧有效覆蓋和快速濕潤(rùn)采煤機(jī)滾筒塵源及垮落破碎煤體，從根本上最大限度減少浮游粉塵的產(chǎn)生和飛揚(yáng)；再采用采煤機(jī)含塵氣流控制噴霧，引導(dǎo)上風(fēng)滾筒搖臂處產(chǎn)生的高濃度含塵氣流沿煤壁一側(cè)運(yùn)動(dòng)，避免其向人行道的擴(kuò)散，同時(shí)對(duì)沿煤壁一側(cè)運(yùn)移的粉塵進(jìn)行有效凈化。如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)割煤粉塵治理原理示意圖

系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，設(shè)置采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧上、下滾筒處各同時(shí)開(kāi)啟2架，每架布置噴嘴4個(gè)，設(shè)置采煤機(jī)控降塵順風(fēng)噴霧噴嘴5個(gè)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)噴霧壓力為6 MPa，噴霧總水量約160 L/min，可使采煤機(jī)司機(jī)處的總粉塵加權(quán)平均濃度由56 mg/m3降至4.8 mg/m3，降塵效率可達(dá)到91.4%。

2.2 連采機(jī)割煤粉塵治理

連采機(jī)割煤是連采工作面最主要的塵源[7]，其產(chǎn)塵量約占總量的50%，是連采工作面粉塵治理的難點(diǎn)。檸條塔煤礦連采工作面開(kāi)采煤層平均厚度為7.3 m，選用12CM15-10D型連續(xù)采煤機(jī)割煤雙巷掘進(jìn)，每隔65 m掘進(jìn)一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷，雙巷共用一套運(yùn)輸皮帶，巷道斷面5.8 m×3.8 m，有效斷面積為20 m2左右，配風(fēng)量為400 m3/min，正常割煤時(shí)司機(jī)處的原始時(shí)間加權(quán)平均總粉塵濃度約為23 mg/m3左右。

針對(duì)該問(wèn)題，結(jié)合連采工作面連采機(jī)割煤的產(chǎn)塵特點(diǎn)和粉塵運(yùn)移規(guī)律，在保證掘進(jìn)機(jī)原有內(nèi)外噴霧正常使用的前提下，采用長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)，利用附壁風(fēng)筒將壓入工作面的軸向風(fēng)流改變成沿巷道周壁旋轉(zhuǎn)的徑向風(fēng)流向迎頭推進(jìn)，在司機(jī)的前方建立起空氣屏幕，控制飛揚(yáng)粉塵向后方擴(kuò)散，再利用高效抽塵凈化系統(tǒng)將含塵氣流吸入至除塵器凈化處理，將干凈的風(fēng)流排至巷道中。如圖2所示。

圖2 連采工作面長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)配套示意圖

系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，設(shè)置附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比為1∶2，軸、徑向出風(fēng)距離分別為10 m、18 m，選用KCS-550D型除塵器進(jìn)行配套，可將連采機(jī)司機(jī)處的總粉塵加權(quán)平均濃度由23 mg/m3降至2.5 mg/m3，降塵效率可達(dá)到89.1%。

2.3 綜掘機(jī)割煤粉塵治理

綜掘機(jī)割煤是綜掘工作面最主要的塵源，其產(chǎn)塵量約占總量的70%，是綜掘工作面粉塵治理的難點(diǎn)[8]。檸條塔煤礦綜掘工作面開(kāi)采煤層平均厚度4.8 m，選用EBZ-160型懸臂式綜掘機(jī)沿底板單巷掘進(jìn)，每隔65 m掘進(jìn)一個(gè)倒車(chē)硐室，巷道斷面尺寸5.8 m×3.75 m，有效斷面積為20 m2左右，配風(fēng)量為375 m3/min，正常割煤時(shí)司機(jī)處的原始時(shí)間加權(quán)平均總粉塵濃度為28.8 mg/m3左右。

針對(duì)該問(wèn)題，結(jié)合連采工作面連采機(jī)割煤的產(chǎn)塵特點(diǎn)和粉塵運(yùn)移規(guī)律，在保證掘進(jìn)機(jī)原有內(nèi)外噴霧正常使用的前提下，采用長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行治理，系統(tǒng)原理與綜掘工作面相同，僅在配套工藝上有所不同，如圖3所示。

圖3 綜掘工作面長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)配套示意圖

系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，設(shè)置附壁風(fēng)筒軸徑向出風(fēng)比為1∶2.5，軸、徑向出風(fēng)距離分別為8 m、15 m，選用KCS-550D型除塵器進(jìn)行配套，可將綜掘機(jī)司機(jī)處的總粉塵加權(quán)平均濃度由28.8 mg/m3降至1.9 mg/m3，降塵效率可達(dá)到93.4%。

2.4 轉(zhuǎn)載運(yùn)輸粉塵治理

轉(zhuǎn)載運(yùn)輸是礦井主要巷道最主要的塵源，檸條塔煤礦現(xiàn)有膠運(yùn)大巷約12 km，主皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)12個(gè)，作業(yè)區(qū)域原始總粉塵加權(quán)平均濃度可達(dá)8.4 mg/m3，針對(duì)該問(wèn)題，根據(jù)產(chǎn)塵特點(diǎn)主要采用觸控自動(dòng)噴霧進(jìn)行治理，如圖4所示。單個(gè)噴霧設(shè)噴嘴2個(gè)，采用靜壓供水，噴霧用水量4 L/min，可將總粉塵加權(quán)平均濃度由8.4 mg/m3降至1.2 mg/m3，降塵效率可達(dá)到85.7%。

圖4 轉(zhuǎn)載運(yùn)輸噴霧布置示意圖

2.5 主要巷道風(fēng)流凈化

礦井輔運(yùn)大巷、膠運(yùn)大巷及回風(fēng)大巷中懸浮粉塵多為呼吸性小顆粒粉塵，為此，采用定時(shí)光控噴霧進(jìn)行風(fēng)流凈化，如圖5所示。單個(gè)噴霧設(shè)噴嘴5個(gè)，采用靜壓供水，噴霧用水量12 L/min。

3 粉塵監(jiān)測(cè)與完善制度

1-傳感器；2-控制器；3-過(guò)濾器；4-電磁閥；5-噴霧架圖5 定時(shí)光控噴霧安裝示意圖

3.1 粉塵在線監(jiān)測(cè)

礦井粉塵得到有效治理后，在滿(mǎn)足目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，依托現(xiàn)有的礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)對(duì)采煤工作面回風(fēng)巷端頭和回風(fēng)巷出口，掘進(jìn)工作面迎頭、工作面巷道口以及主要巷道等重點(diǎn)區(qū)域的粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和上傳，如圖6所示。據(jù)此，在全礦井安裝布置粉塵濃度傳感器共32臺(tái)，極大地提升了井下重點(diǎn)區(qū)域粉塵濃度的監(jiān)測(cè)和管理水平。

圖6 礦井粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

3.2 完善制度

在粉塵綜合防治示范礦井建設(shè)的過(guò)程中，同步完善現(xiàn)有的防塵管理制度，主要涉及組織機(jī)構(gòu)、管理制度、操作規(guī)程和考核辦法等4個(gè)方面。

成立組織機(jī)構(gòu)：成立以檸條塔礦業(yè)公司總經(jīng)理為組長(zhǎng)的粉塵綜合防治領(lǐng)導(dǎo)組織機(jī)構(gòu)，總經(jīng)理為第一負(fù)責(zé)人，總工程師為業(yè)務(wù)及技術(shù)負(fù)責(zé)人，通風(fēng)副總師負(fù)責(zé)協(xié)助總工程師進(jìn)行管理，生產(chǎn)管理部負(fù)責(zé)具體管理和日常監(jiān)督，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心負(fù)責(zé)日常管理，各區(qū)隊(duì)負(fù)責(zé)具體實(shí)施，其他部門(mén)在其職責(zé)范圍內(nèi)負(fù)責(zé)配合。

完善管理制度：通過(guò)總結(jié)示范礦井建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定能夠達(dá)到的防治目標(biāo)及技術(shù)途徑，再結(jié)合現(xiàn)行粉塵防治標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，完善綜合防塵責(zé)任制度、粉塵隱患排查制度、防塵設(shè)施檢查維護(hù)制度、巷道沖洗制度、粉塵檢測(cè)制度等綜合防塵管理制度。

修訂操作規(guī)程：針對(duì)此次示范礦井建設(shè)過(guò)程中使用的新技術(shù)、新裝備，結(jié)合礦井的實(shí)際情況，修訂綜采工作面、連采工作面、綜掘工作面、主要巷道、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸?shù)染C合防塵設(shè)備的操作規(guī)程，確保設(shè)備能夠得到正常的檢修和維護(hù)。

制定考核辦法：針對(duì)性地制定適合實(shí)際情況的粉塵綜合防治工作考核辦法，對(duì)照綜合防塵管理制度、操作規(guī)程等，將防塵工作落實(shí)到人，對(duì)不按規(guī)定開(kāi)展工作的個(gè)人、區(qū)隊(duì)或管理部門(mén)進(jìn)行適當(dāng)?shù)貞土P，并對(duì)嚴(yán)格按規(guī)定開(kāi)展工作的個(gè)人、區(qū)隊(duì)或管理部門(mén)進(jìn)行適當(dāng)?shù)鬲?jiǎng)勵(lì)。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)檸條塔煤礦各產(chǎn)塵區(qū)域主要塵源的產(chǎn)塵特點(diǎn)和粉塵運(yùn)移規(guī)律，綜合采用采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵、含塵氣流噴霧控降塵、長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵、觸控自動(dòng)噴霧降塵、定時(shí)光控噴霧降塵等先進(jìn)技術(shù)，有效地解決了采煤機(jī)割煤、連采煤機(jī)割煤、綜掘機(jī)割煤、主要巷道、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸?shù)葔m源的粉塵污染問(wèn)題，達(dá)到或接近現(xiàn)有國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)通過(guò)充分調(diào)研對(duì)全礦井粉塵的綜合防治進(jìn)行總體規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的粉塵防治技術(shù)及裝備建立綜合防塵系統(tǒng)，同步建立全礦井粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有防塵管理制度進(jìn)行改進(jìn)和完善，有效地改善了井下的作業(yè)環(huán)境，在陜北煤炭基地榆神府礦區(qū)取得了極好的示范作用。