综掘工作面泡沫抑尘技术实践

尚积军，司卫彬，曹黎铭，曹 凯

(1.新疆煤矿安全监察局，新疆乌鲁木齐830000;2.中国矿业大学通风防灭火研究所，江苏徐州221116;3.徐州安云矿业科技有限公司，江苏徐州221008)

我国煤炭从业人员数量大，职业病危害严重，特别以粉尘危害最为突出［1］，其主要威胁是导致尘肺病和粉尘爆炸事故［2－3］。据相关统计，我国尘肺病患者已超过百万，其中约50%为煤炭行业人员，每年因尘肺病死亡的人数远大于煤矿其他事故死亡人数的总和［3］。近年来，随着国家对新疆煤炭开发进度的加快，高度综合机械化设备在综掘工作面得到广泛应用，在提高采掘接替和生产组织能力的同时，作业点粉尘浓度却不断增加［4－5］，加之防尘观念、意识的淡薄，致使尘肺病发病率呈增长趋势。鉴于此，结合煤矿的实际情况，研究应用综掘工作面新的降尘技术，降低作业点粉尘浓度，对保障从业人员的身心健康和维护社会的和谐稳定具有重要的现实意义。

1 综掘面防尘现状

应用矿井综掘面以内、外水喷雾的防尘系统为主，防尘水源、水质、供水管路铺设及水压满足要求。具体防尘措施要求如下:

(1)综掘机内外喷雾完好，内喷雾压力P1≥3MPa，外喷雾压力P2≥1.5MPa。各装煤点和转载点都安装有合格的喷雾装置，以降低产尘量。

(2)距工作面50m，80m各安装1道水幕帘，并用ZP型矿用自动喷雾感应装置控制，实行全断面覆盖降尘，工作面每掘进30m，水幕及时移动。水幕降尘装置由框架、防尘网和弧形喷雾等部分组成。框架由钢管焊接，并进行防腐处理，将防尘网固定在框架上，覆盖整个断面，并在弧形喷杆上安设7个与垂直方向成一定角度的喷头，方向大致向掘进工作面，见图1。对感应装置设定自动喷雾时的粉尘浓度，超限时，弧形喷雾自动开启。

图1 水幕降尘装置示意

由于高强度综合机械化作业，掘进面粉尘浓度基数大，通风降尘的能力非常有限且时间长;加之，掘进机的内喷雾堵塞已全部失效;外喷雾距离尘源较远，喷嘴遇到大量煤矸容易堵塞，雾化效果较差，自身的降尘设备，没有将粉尘降低到理想效果;虽然设置自动防尘水幕，但由于掘进速度快，职工防护意识不强，造成水幕并未随工作面的推进及时移动。现有的防尘措施对保护职工身心健康效果甚微，粉尘危害形势严峻，必须采取新技术以有效降低掘进面的粉尘浓度［6］。

2 泡沫抑尘技术

高效泡沫抑尘技术从“主动降尘”的理念出发，利用泡沫的湿润性、黏附性、覆盖性，对掘进机截割滚筒等尘源密集部位进行全面包裹，从源头上抑制粉尘的产生。其原理是采用小比例定量添加技术，将含量极少的发泡剂和水预混合，在压风作用下，通过发泡器产生丰富的低水抑尘泡沫，对截割头等尘源进行动态无空隙的覆盖和遮断，抑制粉尘的产生和扩散，实现高效抑尘［7－9］。综掘工作面泡沫抑尘工艺如图2所示。

图2 综掘工作面泡沫抑尘工艺

3 现场应用及效果分析

为考察泡沫抑尘技术的实际降尘效果，根据该矿尘源产生与防治现状，工业性试验选择在10106主运巷综掘面进行。

3.1 工作面概况

10106综掘工作面开采9号煤层，该煤层结构复杂，厚度赋存较稳定，以半亮煤为主，沥青光泽，条带状结构，发育少许内生裂隙，硬度较硬，局部性脆易碎，含黄铁矿结核。煤层中含夹矸2～4层，夹矸为深灰、黑色泥岩、砂质泥岩。该综掘面采用佳木斯EBZ200型掘进机进行截割装载，巷道掘进断面18.2m2，巷道长度2608m;采用FBD－NO 6.7/2×37kW型局部通风机压入式通风，风量655m3/min，风筒直径800mm。

该综掘面属于典型的大断面高硬度煤巷掘进，由于煤层含水量较少、夹矸多且硬、煤层性脆较硬、工作面配风量大，粉尘浓度在不采用任何防尘措施时高达790mg/m3，采用掘进机喷雾之后粉尘浓度依然高达582.2 mg/m3。

3.2 泡沫抑尘工艺的确定

泡沫抑尘技术的核心是根据掘进机具体型号设计可用螺丝孔固定泡沫喷头的支架，以实现泡沫对尘源 (截割滚筒)的全包裹。由佳木斯EBZ200型掘进机参数，考虑利用固定外喷雾支架的螺丝孔固定左右两侧的喷头支架，利用截割滚筒固定螺丝固定上侧的喷头支架，喷头支架设计效果见图3。

泡沫抑尘技术的关键是利用KPZ－0.2/0.4型矿用泡沫抑尘装置，通过连接工作面的压风、供水管路，在负压作用下，自吸式添加极少量发泡剂即可产生丰富降尘泡沫。利用DN51mm的高压胶管将泡沫输送至分配器，经分配后的泡沫，通过支架上5个专用的弧扇型喷头实现了对截割滚筒的全包裹，从源头上抑制了粉尘的产生与扩散，实现高效泡沫降尘，特别是呼吸性粉尘。

图3 泡沫抑尘技术安装示意

根据10106综掘面空间狭小，作业工序繁多的现状，改进了泡沫抑尘装置。同时，将该装置安装在掘进机司机位置，用强力磁性装置吸附固定，当掘进机截割作业时，根据粉尘量的大小开启和关闭风、水联动开关，即可实现对泡沫降尘装置的控制［10］。该系统的安装运行既稳定可靠，又不影响工人的正常作业。

3.3 应用效果分析

泡沫抑尘装备在10106综掘面安装完毕后，进行了一系列工业性试验，保证在一定工况条件下正常运行。根据现场测试显示，该降尘系统运行参数如下:压风流量为50～70m3/h;耗水量0.5～0.8m3/h;发泡剂添加质量分数0.2%～0.3%;发泡倍数30～40倍;泡沫量40～56m3/h。

为考察该技术实施后的实际粉尘浓度，根据测尘规范要求，在综掘机司机处和回风侧综掘机后5m处各布置了粉尘浓度测点，使用CCGZ－1000型直读式粉尘仪分别测得了无措施时全尘及呼吸性粉尘浓度、喷雾降尘时全尘及呼吸性粉尘浓度、泡沫抑尘时全尘及呼吸性粉尘浓度。同时参考该矿已有的测尘数据，选取综掘机司机处各种情况下有效数据3组并进行对比分析，如表1所示。

表1 粉尘浓度实测数据 (mg·m－3)

由表1可知，综掘机司机处总粉尘、呼吸性粉尘浓度基数分别为790.0mg/m3，340.0mg/m3;采用喷雾措施后总粉尘、呼尘浓度分别降至582.2mg/m3，270.0mg/m3;采用泡沫抑尘技术后总粉尘、呼尘浓度分别降低至 121.7mg/m3，60.2mg/m3。泡沫抑尘技术对总粉尘和呼尘的降尘效率是喷雾降尘技术的3.22倍和4倍，见图4。

图4 综掘机司机处降尘效率对比

根据现场观测，泡沫抑尘技术实施后，工作面粉尘浓度得到大幅降低，迎头能见度得到极大提高。工人可以清晰地看到掘进机截割头的截割情况，有利于巷道的成形，大幅提高了掘进速度。由于耗水量极少，也有效避免了掘进机因底板含水量过多造成损坏和沉陷。

4 结论

新疆矿区面临着传统防尘工艺不能满足高机械化作业环境的窘境，且煤尘爆炸和尘肺病的发生呈现逐渐增长的趋势，迫切需求新的降尘技术。高效泡沫抑尘技术的应用，以及结合掘进机特点设计的专用泡沫弧扇喷头和支架，能够实现泡沫对截割滚筒的全包裹。该技术有效降低了工作面粉尘浓度，大幅减少了防尘耗水量，能有效避免煤尘爆炸、尘肺病等灾害的发生。

［1］王显政.在中国煤矿尘肺病防治基金会理事会会议上的讲话［EB/OL］.http://info.china.alibaba.com/detail/1096117871.html，2013－01－20.

［2］刘 丹，李润之，司荣军，等.瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸作用模式 ［J］.煤炭学报，2011，36(11):1879－1883.

［3］中国煤炭工业劳动保护科学技术学会.矿井粉尘防治技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2007.

［4］张小康，周 刚.全岩巷综掘工作面高效综合除尘技术［J］．煤炭科学技术，2013，41(8):81－83.

［5］陈 贵，王德明，王和堂，等.大断面全岩巷综掘工作面泡沫降尘技术［J］.煤炭学报，2012，37(11):1859－1864.

［6］王德明.矿井通风与安全［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2012.

［7］王德明，任万兴，王兵兵，等.一种用于煤矿井下的泡沫除尘系统 ［P］.中国专利:200810023578.3，2009－01－14.

［8］赵鹏飞，蒋仲安，甄增林，等.泡沫除尘技术及其在掘进工作面的应用［J］．煤炭科学技术，2006，34(12):38－41.

［9］周 建.CFT除尘系统在全岩综掘开拓大巷中的应用 ［J］.煤矿开采，2012，17(6):46－47，9.

［10］任万兴，王德明，巫斌伟，等.矿用泡沫降尘技术［J］.煤炭科学技术，2009，37(11):35－37，41.

［11］戴永禄，杨树军.泡沫降尘新技术在官地矿掘进工作面的应用实践 ［J］.中国矿业，2012，21(6):83－87.