双巷掘进巷道除尘工艺改进研究

2022-04-02王丽军

山西冶金 2022年1期

王丽军

（汾西矿业贺西煤矿，山西柳林 033300）

粉尘是矿井生产过程中影响井下作业安全以及工作人员身体健康的灾害之一[1-2]。特别是随着矿井综合机械化水平的不断提升，采掘作业面粉尘产量也呈显著增加趋势，根据有关统计资料，采掘作业面粉尘产生量占据井下粉尘产生总量的65%～90%，因此对采掘作业面粉尘进行针对性治理对改善井下作业环境具有重要意义[2-5]。现阶段矿井回采工作面布置长度一般较长，巷道掘进过程中多为堵头掘进，综掘机截割破煤岩时迎头粉尘浓度可达到2 500 mg/m3，显然仅仅通过通风方式难以有效减低粉尘浓度[6-7]。为此，文中以山西某矿123011、123012 巷双巷掘进为工程背景，提出使用多级粉尘治理工艺降低掘进迎头粉尘量，现场取得较好应用成果。

1 工程概况

1.1 地质概况

山西某矿井田面积达到69.8 km2，设计生产能力为800 万t/年，采用抽出式通风方式。现阶段回采的12 号煤层埋深平均390 m、厚度平均4.2 m，现开采水平煤层无煤与瓦斯突出危险性，煤尘具有爆炸性，自燃发火倾向性为II 类。123011、123012 巷分别为12301 综采工作面运输巷、回风巷，巷道均为矩形断面，巷高均为4.2 m，巷宽分别为6.0 m、5.4 m。巷道采用连续采煤机掘进工艺，其中123012 巷风流为新鲜风流、123011 巷风流为乏风，巷道间每隔100～150 m 距离布置一联络巷。

1.2 除尘工艺

123011、123012 巷双巷掘进巷道通风方式为长压短抽方式，并通过湿式除尘风机（型号KCS-1000D）降尘。掘进时使用的局部通风机型号为DBKJNo6.0，迎头出风量为385 m3/min，出风口距离迎头间距为20 m 左右。巷道掘进时将湿式除尘风机置于破碎机后随着掘进面推进前移，并通过钢圈风筒降抽风口布置在距离迎头5～10m 位置，除尘风机风量为675m3/min。具体掘进迎头布置见图1 所示。

图1 双巷掘进通风及除尘系统布置示意图

双巷掘进工作采用长压短抽方式为掘进工作面供风并降低迎头粉尘浓度，现场应用过程中掘进工作面迎头位置粉尘浓度仍可达到67.21 mg/m3，粉尘浓度相对较高。需要针对性对巷道除尘工艺进行改进优化。

2 除尘工艺优化研究

现阶段矿井井下最为常用的除尘工艺包括有煤层注水、喷雾降尘、通风降尘、除尘器降尘以及个体防护等措施。为解决123011、123012 双巷掘进工作面粉尘治理效果不问题，对掘进迎头使用的除尘工艺进行改进优化。通过使用综合除尘工艺在掘进迎头粉尘产生、传播区域采取针对性降尘措施。具体改进后的除尘工艺系统包括有湿式除尘风机、长压短抽通风系统、机载除尘系统等构成。

机载除尘系统结构有风道、集尘箱、吸风器、气幕控尘装置、吸风口等构成，井下压风系统为吸风器运行提供动力，吸风口可形成180～210 m3/min 风量；吸风口布置在连续采煤机截割部两侧位置，风道采用DN50软管制作并采用DN150 钢管保护；掘进迎头产生的高浓度粉尘通过风道进入到除尘风箱内，在除尘风箱内经过喷雾、过滤网、过滤器等去除气流中粉尘，具体结构见图2。气幕控尘装置以井下压风为动力，高速高流量空气从半月形腔口内壁喷出后形成扇形气膜，构筑用以隔绝截割区以及作业人员活动区的气幕墙，将截割部形成的高浓度粉尘集中在气幕墙与迎头内。

图2 机载除尘系统结构

为了避免掘进迎头形成循环风、除尘风机以及局部通风机压入段形成无风段，压入式风机出风口风量较除尘风机出风口风量高20%～30%。掘进迎头供风量由气幕控尘装置、湿式除尘风机、局部通风机等构成，根据掘进迎头供风情况将湿式除尘风机风量确定为560～580 m3/min，考虑到漏风系数具体选用的除尘风机型号为KCS-700D。

3 掘进迎头粉尘防治效果

对123011、123012 双巷掘进工作面除尘工艺优化后，为了考察降尘效果，在2020 年4 月，分3 次对操作司机位置、司机后方5 m 以及15 m 位置使用GH100 粉尘浓度测定仪对环境中粉尘浓度进行测定，具体测定结果均值见表1 所示。

表1 测点粉尘浓度

从掘进迎头粉尘浓度测试结果看出，随着与掘进迎头（连续采煤机）距离增加，环境中粉尘浓度（包括全尘、呼吸性粉尘）呈现降低趋势，但是原有的除尘系统虽然可显著降低作业环境中粉尘浓度，但是作业环境中粉尘浓度仍无法满足《煤矿安全规程》相关规定。对除尘系统进行优化改进后，掘进迎头粉尘降尘率介于75.55%～96.15%，掘进迎头人员工作环境中粉尘浓度均在10 mg/m3，取得较为显著的除尘效果。