程云鵬

（慈林山煤業(yè)公司慈林山煤礦，山西 長(zhǎng)子 046605）

高濃度煤塵環(huán)境遇到明火可能引發(fā)煤塵或瓦斯煤塵爆炸，威力遠(yuǎn)超普通瓦斯爆炸。長(zhǎng)期在高濃度粉塵條件下工作，吸入大量粉塵后容易引發(fā)塵肺病等呼吸性系統(tǒng)疾病。煤礦綜掘工作面是粉塵主要產(chǎn)生源，目前粉塵治理技術(shù)主要有噴霧、通風(fēng)、煤層注水等技術(shù)。本文以慈林山礦15206 綜掘面為例，提出實(shí)施了封閉式控除塵技術(shù)治理粉塵[1]。

1 工作面概況

慈林山煤礦隸屬于山西潞安化工集團(tuán)，核定年生產(chǎn)能力為60 萬t，可采儲(chǔ)量為2 681.48 萬t，煤種為貧煤，煤質(zhì)工業(yè)分析結(jié)果見表1。15206 運(yùn)輸巷為半煤巖巷道，斷面面積為12.9 m2，供風(fēng)量為230 m3/min，所屬15#煤層厚1.9～2.3 m，均厚2.1 m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，含1～3 層夾矸。本煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，煤層甲烷含量為0.46 mL/g（干燥無灰基），屬低瓦斯礦井。掘進(jìn)工作面周邊無采動(dòng)區(qū)，煤層結(jié)構(gòu)幾乎未受采動(dòng)影響，煤層富水性較小，采掘過程中的產(chǎn)塵量可能很大。15206 運(yùn)輸巷開口位置位于15 煤南翼皮帶大巷5#聯(lián)巷往南59 m 處，總長(zhǎng)度為654 m，采用三一EBZ-200 綜掘機(jī)掘進(jìn)作業(yè)。

表1 工業(yè)分析結(jié)果

圖1 巷道斷面圖（mm）

2 15206 綜掘工作面產(chǎn)塵特征

通過對(duì)15206 運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，粉塵來源主要有以下四個(gè)方面[2]：

（1）掘進(jìn)機(jī)截割頭截割煤體產(chǎn)塵。綜掘工作面依靠掘進(jìn)機(jī)高強(qiáng)度截割煤體，截割頭上的截齒旋轉(zhuǎn)割煤是最重要的產(chǎn)塵工序，其產(chǎn)塵量最大、產(chǎn)塵時(shí)間最長(zhǎng)，截割產(chǎn)塵總量約占掘進(jìn)面總產(chǎn)塵量的85%。經(jīng)過對(duì)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處粉塵濃度實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，總粉塵平均濃度高達(dá)846.3 mg/m3，呼吸性粉塵平均濃度高達(dá)424 mg/m3。截割頭割煤時(shí)主要依靠截齒與煤體之間的碰撞使煤壁發(fā)生破碎，實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)，在此過程中，截齒齒尖擠壓、摩擦煤體，煤體首先發(fā)生彈性形變，當(dāng)對(duì)煤體施加的壓力超過煤的強(qiáng)度極限以后，煤體發(fā)生塑性形變直至發(fā)生破壞，此時(shí)煤體內(nèi)部存儲(chǔ)的彈性能瞬間釋放，將破碎的煤體碎塊和粉塵拋出，在高強(qiáng)度壓力作用下儲(chǔ)存的彈性能較多，發(fā)生破碎時(shí)其釋放速度較快，煤體的破碎程度也較大，因此粉塵易被拋射向空氣中變成氣載粉塵。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，截割頭向煤壁施加的力越大產(chǎn)生的粉塵越多，呼吸性粉塵等細(xì)微顆粒粉塵占比也越高。同時(shí)，煤體破碎過程中還會(huì)向煤壁深處及遠(yuǎn)處煤體傳導(dǎo)能量，使煤體內(nèi)部原生裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，此時(shí)裂隙內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生少量粉塵，發(fā)生大范圍煤體破碎時(shí)粉塵會(huì)被工作面壓風(fēng)吹起，造成空氣污染。

（2）作業(yè)工序產(chǎn)塵。綜掘面作業(yè)時(shí)除了掘進(jìn)機(jī)截割頭旋轉(zhuǎn)破碎煤體，還需要打鉆、支護(hù)、運(yùn)煤等步驟，干式鉆孔過程同樣會(huì)造成煤體破碎產(chǎn)生粉塵，煤體碎塊通過皮帶運(yùn)輸機(jī)從工作面運(yùn)送至地面，在此過程中掘進(jìn)機(jī)后方轉(zhuǎn)載點(diǎn)處存在高度差，煤流掉落過程中將拋灑出大量粉塵。

（3）振動(dòng)產(chǎn)塵。掘進(jìn)機(jī)截割破碎的煤體碎塊經(jīng)由掘進(jìn)機(jī)旋轉(zhuǎn)星輪裝載至運(yùn)輸機(jī)上，在裝煤的過程中煤體相互碰撞，使煤體表面沉積的粉塵再次拋向空中。掘進(jìn)機(jī)星輪裝載過程將造成工作面粉塵濃度增加10～15 mg/m3。

（4）壓入式供風(fēng)帶入粉塵。煤礦井下多種工作地點(diǎn)都可能產(chǎn)生粉塵，綜掘面供風(fēng)多數(shù)來自巷道入口處的軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)從大巷中抽取空氣壓入工作面，大巷空氣中通常存在一定濃度的粉塵顆粒，如果在風(fēng)機(jī)入口處沒有采取粉塵凈化措施，就會(huì)將大巷中的氣載粉塵吹入工作面。

綜掘工作面是粉塵危害十分嚴(yán)重的地點(diǎn)，且產(chǎn)生粉塵的來源較多，需要采取高效粉塵治理措施降低粉塵濃度，保障工人身心健康。

3 封閉式除塵技術(shù)及應(yīng)用效果

為了高效治理綜掘工作面高濃度粉塵，設(shè)計(jì)了以抽塵裝置為主、控塵裝置為輔的綜掘面封閉式除塵技術(shù)，通過抽塵裝置吸入截割產(chǎn)生的粉塵，降低粉塵濃度，利用控塵裝置在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前方形成全斷面空氣幕，阻止殘余粉塵擴(kuò)散，提高抽塵裝置吸入粉塵的效率。

3.1 封閉式抽塵凈化技術(shù)

抽塵凈化裝置示意圖如圖2，主要由扁平式粉塵吸入口、柔性風(fēng)筒、濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)組成。粉塵吸入口固定在掘進(jìn)機(jī)截割臂與機(jī)身連接處，可以隨著掘進(jìn)機(jī)一同前進(jìn)或后退，能夠保證對(duì)截割產(chǎn)塵的高效吸入，柔性風(fēng)筒和剛性風(fēng)筒將吸風(fēng)口和濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)鏈接起來，粉塵從吸入口吸進(jìn)風(fēng)筒中，最終在濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)中經(jīng)過濕式除塵組塊凈化，清潔空氣從風(fēng)機(jī)出風(fēng)口排出。抽塵凈化系統(tǒng)內(nèi)部均為光滑通道，減少了內(nèi)部流道空氣能量損失以及粉塵積聚，提高了除塵效果和吸風(fēng)量。

圖2 抽塵凈化裝置示意圖

圖3 附壁風(fēng)筒示意圖

3.2 降塵效果

為了測(cè)定封閉式除塵系統(tǒng)對(duì)粉塵的治理效果，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處和附壁風(fēng)筒5 m 處的工作人員呼吸帶位置分別設(shè)置兩個(gè)測(cè)塵點(diǎn)，采用直讀式測(cè)塵儀同時(shí)測(cè)定呼吸性粉塵和總粉塵濃度。采用降塵措施以后的除塵率按照公式（1）計(jì)算：

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ為除塵率，%；c1為沒有降塵措施時(shí)的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

從表2 中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，15206 綜掘工作面粉塵危害十分嚴(yán)重，沒有任何除塵措施時(shí)全塵和呼塵平均濃度在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處分別達(dá)到846.3 mg/m3和424 mg/m3，附壁風(fēng)筒后方5 m 處全塵和呼塵平均濃度相對(duì)較低，但依然分別達(dá)到了587.6 mg/m3和361.7 mg/m3。經(jīng)過封閉式除塵技術(shù)治理以后，粉塵濃度顯著降低，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處全塵降塵率達(dá)到了87%，降低至106.5 mg/m3，而呼塵降塵率則接近85%，降低至64.5 mg/m3。經(jīng)過附壁風(fēng)筒隔塵后，全塵和呼塵降塵率分別達(dá)到了90.3%和89.9%，參與濃度分別為57 mg/m3和36.5 mg/m3。

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

4 結(jié)論

（1）綜掘工作面粉塵主要來自四個(gè)方面，分別是掘進(jìn)機(jī)截割頭旋轉(zhuǎn)割煤產(chǎn)塵、作業(yè)工序產(chǎn)塵、振動(dòng)產(chǎn)塵和壓入式供風(fēng)帶入粉塵，其中掘進(jìn)機(jī)截割產(chǎn)塵量最大、產(chǎn)塵時(shí)間最長(zhǎng)，產(chǎn)塵量約占掘進(jìn)工作面總量的85%。

（2）采用了濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)為主、附壁風(fēng)筒為輔的封閉式除塵技術(shù)后，粉塵治理效果較好，在司機(jī)處全塵和呼塵的降塵率分別達(dá)到了87%和85%，附壁風(fēng)筒后方降塵率達(dá)到了90%。