综掘工作面粉尘控制技术的研究与应用

王文强

摘 要：为了有效降低综掘工作面的粉尘浓度，通过对同忻矿2203工作面掘进时粉尘浓度大小的测定和控制措施的调研，针对现有的防降尘措施的不足，提出了气水喷雾降尘技术和巷道双层水幕帘联合使用的降尘方法，并在现场安装实施，取得了良好的降尘效果。

关键词：综掘工作面 粉尘 气水喷雾 水幕帘

中图分类号：TD714 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0060-02

同忻煤矿北二盘区2203运输顺槽是回采工作面运输和进风巷道，巷道断面面积S=21.46 m2，设计长度3778.051 m，煤层平均厚度为14.91 m，内生裂隙发育，夹有镜煤条带，块状，易碎，夹矸4～8层，相对瓦斯涌出量0.12～2.48 m3/t，煤尘具有爆炸危险性。掘进时，由于掘进机内外喷雾堵塞或损坏，导致作业面粉尘浓度严重超标，给井下作业环境和生产安全带来危害。该文通过对综掘工作面粉尘运移规律的测定研究，分析现有防降尘的不足，提出改进方案并实施，取得了良好的降尘效果。

1 综掘工作面粉尘控制现状

1.1 粉尘浓度的测定及分析

为了研究综掘工作面割煤作业时粉尘的运移规律和浓度分布，根据粉尘浓度测定相关标准，结合综掘工作面现场实际情况，在人行道呼吸带高度布置采样点如图1所示。粉尘浓度测定使用滤膜质量法，采用AKFC-92A粉尘采样仪进行采样，采样时间均为2 min，流量为20 L/min，采样后称重，计算得到割煤时掘进巷道粉尘浓度分布如图2所示：

根据测定数据可知：

（1）2203综掘面在割煤工序中产生粉尘浓度高，而且呼吸性粉尘所占比例大，平均呼尘比重超过50%。主要是因为2203工作面断面大，进尺多，截割强度高，且煤体较软，受应力时破碎程度高，裂隙内原生煤尘随着煤体的破碎垮落而进入回风流中，导致掘进割煤时产尘量较大；

（2）粉尘浓度在工作面回风侧3～10 m距离粉尘浓度较高，在5 m处全尘浓度达到1242.5 mg/m3，呼吸性粉尘浓度 1030 mg/m3。由于压入风筒悬挂在左帮司机处，造成巷道断面局部风速不均，工作面前方存在小型的涡流，产生的粉尘被吹向了掘进机右下回风侧，导致回风侧浓度高且5 m处粉尘浓度高于3 m处，之后粉尘逐渐沉降，浓度降低；

（3）掘进割煤时产生的粒径较大的粉尘，距掘进面5 m风速较小，在重力重力作用下迅速沉降；在距掘进面50 m以后粉尘沉降速度比较缓慢，粒径较小的粉尘随着风流一起扩散，稳定在150 mg/m3左右；

1.2 现有防尘措施存在的不足

通过对同忻矿2203综掘工作面粉尘浓度的测定和现有综合防降尘措施的调研，分析了掘进割煤时粉尘浓度居高不下的原因：

（1）掘进机内喷雾失效。受井下的恶劣条件和复杂作业工序限制，掘进机内喷雾用水中混有煤粒、铁锈、水垢等杂质，导致内喷雾失效。

（2）掘进机外喷雾喷嘴布置不合理，雾化效果差。掘进机设有前置的外喷雾及两侧的外喷雾，开启时基本呈水柱状喷射，雾化效果差，且左侧外喷雾喷射水柱受到机载临时支护装置的阻挡不能有效的将水喷射到截齿附近。

（3）巷道在距掘进面约40 m处设置有除尘水幕，雾化效果良好，对粉尘有较好的捕捉，但含尘雾滴随着风流不断扩散，恶化井下作业环境。

2 改进措施

根据对综掘面粉尘分布情况及现有防降尘措施的调研，提出了掘进气水喷雾降尘技术及巷道双层水幕帘联合使用的降尘方法。

2.1 掘进机气水喷雾降尘技术

（1）气水雾化喷嘴的结构及原理。

气水雾化喷嘴主要由四部分组成：进水端口、进气端口、气水混合室以及喷雾出口，如图3所示。其原理是：一定压力的气和水分别从进水端口、进气端口进入，水流在高速气流作用下破碎成包含大量微小气泡的液丝或液线，单股气流和多股水流在气水混合室内形成稳定的气泡两相流动，混合体经喷嘴高速喷出时，由于体积膨胀和流体搅动作用以及周围空气的卷入，水被雾化成许多微细的水粒。水粒的直径大小即水被雾化的程度取决于水和空气的比例，同时和混合室及喷嘴的结构有关。

（2）气水喷雾模块的设计。

针对同忻矿2203综掘工作面掘进机外喷雾雾化效果差，覆盖范围较小，割煤时粉尘大等情况，对喷嘴的结构、数量、布置方式及雾流喷射方向等进行改进，研制出新型气水喷雾模块替代原外喷雾，模块喷嘴布置图如图4所示。

（3）气水喷雾模块的应用。

在实际应用中，气水雾化喷嘴必须要有两道管路，即供气管路和供水管路，可采用掘进工作面侧壁接过来的压风和压水管路，气水喷雾模块安装在原外喷雾的位置即可。气水喷雾模块雾化效果受气水压力比影响较大，为使模块在井下达到最好的应用效果，先在地面进行试验，以确定符合井下要求的最佳气水压力比。为了模拟井下水压实际情况，将水压调在2.5 MPa左右，然后调节气压，可知当气压达到0.6 MPa时，雾化效果较好如图5所示，喷射距离达到4.5 m左右，雾化角大于120°，覆盖范围及喷射距离都能达到实际应用的要求。因而确定喷雾模块井下实际参数为气压0.6 MPa，水压2.5 MPa。

2.2 巷道双层降尘水幕帘

为更好的利用水幕的除尘效果，减小对工作面环境的影响，在巷道距工作面40 m处设置双层降尘水幕帘。利用现有除尘水幕，优化喷嘴布置方式，进行环形布置，并在水幕处设置纱网，减少水雾逸散，如图6所示，水幕布置在两层纱网中间，水幕朝前喷射；水雾喷射到含尘气流中捕捉粉尘，形成含尘液滴，同时水雾喷射到纱网上形成水膜，对粉尘和含尘液滴进行捕捉，减少水幕后空气中的水雾量，降低对工作空间环境的影响。

3 降尘效果分析

通过对同忻矿2203综掘面采取气水喷雾模块及巷道双层降尘水幕帘后降尘措施后的粉尘浓度测定，得到掘进巷人行道粉尘浓度如图7所示，对比图1，可知：

（1）采取降尘措施后掘进工作面全尘和呼尘平均降尘效率分别达68.7%和69.4%左右，呼尘的平均比重有所下降；气水喷雾对掘进工作面粉尘控制效果明显，尤其对呼吸性粉尘的捕捉作用，气水喷雾的细水雾发挥了其优越性。

（2）粉尘在距工作面40 m后处于较低水平，全尘浓度不超过100 mg/m3，呼吸性粉尘控制在50 mg/m3；双层水幕帘对掘进巷道下风侧粉尘的捕集作用大，有效的降低了随着风流一起扩散的小粒径粉尘的浓度。

4 结语

（1）气水雾化喷嘴以其特有的雾化结构，具备喷水颗粒较细，喷射距离远，喷水分布均匀，耗水量小等特点，适用于井下粉尘较大且呼吸性粉尘比重大的产尘区域。

（2）双层水幕帘对掘进巷道下侧不易沉降的呼吸性粉尘有较好的拦截作用，同时解决了雾滴在巷道飘散的问题。

（3）气水喷雾降尘技术与双层水幕帘的联合使用，有效的降低了工作面的粉尘浓度，为井下工人提供良好的工作环境。

参考文献

[1] GBZ/T 192-2007，工作场所空气中粉尘测定[S].北京：人民卫生出版社，2008.

[2] 杜翠凤，王辉，蒋仲安，等.长压短抽式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟[J].北京科技大学学报，2010，32（8）：957-962.

[3] 张天林，王延军.气一水喷雾加湿降尘技术在涂装车间的应用[J].涂料工业，2013，43（3）：70-72.

[4] 李绚.综掘工作面粉尘综合防治技术[J].科技创新与应用，2013（36）：86-87.

[5] 陈大森.三矿十号井掘采工作面喷雾降尘效果研究[J].科技风，2011（23）：129.

[6] 何清海.综掘工作面粉尘防治新技术[J].矿业安全与环保，2008，35（6）：31-33.

[7] 王政宏.综掘工作面粉尘治理技术发展现状及趋势[J].煤矿机械，2012，33（6）：19-20.

[8] 马威，刘勇，邹常富，等.综掘机割煤产尘运移规律研究及其应用[J].矿业安全与环保，2014.

[9] 屈凡非.综掘工作面粉尘控制技术的研究与应用[J].中国煤炭工业，2009（11）：48-49.

[10] 马素平，寇子明.喷雾降尘效率及喷雾参数匹配研究[J].中国安全科学学报，2006，16（5）：84-88.

（1）采取降尘措施后掘进工作面全尘和呼尘平均降尘效率分别达68.7%和69.4%左右，呼尘的平均比重有所下降；气水喷雾对掘进工作面粉尘控制效果明显，尤其对呼吸性粉尘的捕捉作用，气水喷雾的细水雾发挥了其优越性。

（2）粉尘在距工作面40 m后处于较低水平，全尘浓度不超过100 mg/m3，呼吸性粉尘控制在50 mg/m3；双层水幕帘对掘进巷道下风侧粉尘的捕集作用大，有效的降低了随着风流一起扩散的小粒径粉尘的浓度。

4 结语

（1）气水雾化喷嘴以其特有的雾化结构，具备喷水颗粒较细，喷射距离远，喷水分布均匀，耗水量小等特点，适用于井下粉尘较大且呼吸性粉尘比重大的产尘区域。

（2）双层水幕帘对掘进巷道下侧不易沉降的呼吸性粉尘有较好的拦截作用，同时解决了雾滴在巷道飘散的问题。

（3）气水喷雾降尘技术与双层水幕帘的联合使用，有效的降低了工作面的粉尘浓度，为井下工人提供良好的工作环境。

参考文献

[1] GBZ/T 192-2007，工作场所空气中粉尘测定[S].北京：人民卫生出版社，2008.

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[10] 马素平，寇子明.喷雾降尘效率及喷雾参数匹配研究[J].中国安全科学学报，2006，16（5）：84-88.

（1）采取降尘措施后掘进工作面全尘和呼尘平均降尘效率分别达68.7%和69.4%左右，呼尘的平均比重有所下降；气水喷雾对掘进工作面粉尘控制效果明显，尤其对呼吸性粉尘的捕捉作用，气水喷雾的细水雾发挥了其优越性。

（2）粉尘在距工作面40 m后处于较低水平，全尘浓度不超过100 mg/m3，呼吸性粉尘控制在50 mg/m3；双层水幕帘对掘进巷道下风侧粉尘的捕集作用大，有效的降低了随着风流一起扩散的小粒径粉尘的浓度。

4 结语

（1）气水雾化喷嘴以其特有的雾化结构，具备喷水颗粒较细，喷射距离远，喷水分布均匀，耗水量小等特点，适用于井下粉尘较大且呼吸性粉尘比重大的产尘区域。

（2）双层水幕帘对掘进巷道下侧不易沉降的呼吸性粉尘有较好的拦截作用，同时解决了雾滴在巷道飘散的问题。

（3）气水喷雾降尘技术与双层水幕帘的联合使用，有效的降低了工作面的粉尘浓度，为井下工人提供良好的工作环境。

参考文献

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