晶鑫煤矿综掘工作面粉尘综合治理技术研究

吴 鹏

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西 阳城 048100）

煤矿巷道掘进作业是井下主要产尘地点之一，晶鑫矿3133回风顺槽采用掘进机作业，掘进强度大，粉尘浓度最高时可达700 mg/m3以上，严重威胁矿工身体健康。针对掘进面粉尘问题采用了综合降尘技术[1-6]，取得了良好效果。

1 工作面概况

晶鑫煤矿位于山西省阳城县，隶属于山西阳城阳泰集团。3133 回风顺槽掘进工作面煤种为3#无烟煤，煤层厚度2.47～4.80 m，平均厚3.65 m，煤层硬度f值为4，煤层裂隙不发育，煤质状况见表1。

表1 煤质情况

3133 回风顺槽设计长度436 m，位于+630 m水平东采区。巷道北为掘进巷道前方；东为掘进巷道右翼，为3133 工作面煤柱；南为掘进巷道后方；西为掘进巷道左翼。工作面采用的掘进机型号为EBZ120，采用FBDY №5.6/（2×11 kW）型通风机供风，供风量为400 m3/min。

2 综合降尘技术及效果

综掘面粉尘主要产生点有4 个，分别是掘进机截割作业产尘、星轮旋转装载产尘、转载点抛煤碰撞产尘以及钻孔支护产尘，针对4 个产尘点所需的粉尘治理措施也不同。

2.1 掘进面综合降尘技术优化

掘进机机身自带有外喷雾，但并未对产尘点做针对性调整和优化，且长时间使用出现了损坏、喷嘴堵塞等问题。针对截割头旋转割煤产尘，选用的喷嘴应该雾化效果高、射程远且喷嘴喷出的雾滴粒径较小，喷嘴在截割臂上的安装布置如图2。喷雾装置共由8 个喷嘴以及上下两个半圆形供水钢管组成，供水钢管既作为喷嘴的供水管路，又作为喷嘴固定支架安装在截割臂与掘进机身连接处。上半部分供水钢管上安装有5 个喷嘴，下半部分安装3 个喷嘴，由于截割头旋转割煤时粉尘主要从截割头左右两边抛出，因此在上部供水钢管的左右两边分别设置两个喷嘴，以增加雾滴密度，保证降尘效果。供水钢管上方安装5 mm 厚的钢板，避免截割过程中掉落的煤体碎块砸坏喷嘴。喷嘴安装角度都向外侧倾斜20°，实现了喷射雾滴场对截割头的全包裹。通过长期现场观测发现，煤壁破碎产尘区域呈近似圆环形，直径略大于截割头外径，因此能够保证粉尘在雾滴场内部产生，增加了喷雾降尘的效率。

图1 3133 回风顺槽位置示意图

图2 截割臂喷雾安装示意图

分析可知，掘进机铲板上的旋转星轮铲煤的过程中也会产生粉尘，在掘进机机身前侧的下部均匀安装4 个实心锥喷雾，雾化角度为90°，保证雾滴场完全覆盖整个铲板，如图3。

图3 掘进机外喷雾系统安装示意图

除了综掘机截割头旋转截割产尘以及星轮装煤产尘以外，迎头煤壁受到掘进影响可能发生大范围破裂甚至垮落片帮，大范围煤体掉落到底板上发生破碎产尘和二次扬尘。这种粉尘产生点以及具体范围难以预判，同时设置除尘风机进行负压抽尘。如图4 所示，负压风机吸风口通过硬质抽出式风筒连接至掘进面迎头附近，产生的负压风场与压入式风筒吹出的正压风场联合形成前段空气幕，粉尘产生后不会向巷道后方移动，而是从抽出式风筒入口处吸入，最终被除尘风机净化。

图4 长压短抽式封闭除尘技术示意图

转载点处通常布置有雾化喷嘴，而干式打钻作业产生的粉尘通常难以有效治理。为进一步治理巷道空气中飘散的粉尘，在距工作面迎头20 m 和50 m 处分别安装一道全断面全自动水幕帘，当有行人经过时由红外传感器感应并自动关闭供水开关。每道水幕帘顶端安装有4 个扩散角度为60°的扇形喷头，孔径为1.2 mm，供水水压为5 MPa，如图5。

图5 防尘水幕帘示意图

2.2 降尘效果

综合降尘技术效果好坏需要在综掘工作面实地进行测量，采用CCZ-1000 直读式测尘仪在掘进机司机处和水幕帘后方5 m 处测定粉尘浓度，每次测量均采用两台测尘仪同时测定全尘和呼尘浓度。先关闭所有降尘措施，测定两个位置的原始全尘和呼尘浓度，然后开启优化后的掘进机外喷系统、除尘风机以及水幕帘，测定治理后的粉尘残余浓度，每个点均测3 次取平均值。

实测结果见表2。除尘率按照公式（1）计算：

表2 不同位置的粉尘浓度 mg/m3

式中：μ为除尘率，%；c1为没有降尘措施时的粉尘浓度，mg/m3；c2为采用综合降尘措施后的粉尘浓度，mg/m3。

由表2 看出，掘进机司机处原始全尘平均浓度为745.4 mg/m3，采用了优化后的掘进机外喷雾除尘、除尘风机抽尘净化综合降尘手段以后残余平均浓度为95.1 mg/m3，降尘率达到了87.2%；呼尘平均浓度从382 mg/m3降低至50.6 mg/m3，降尘率达到了86.8%。在水幕帘后方5 m 处，由于其阻隔了粉尘向巷道后方移动，粉尘度更低，全尘平均浓度从639 mg/m3降低至39.7 mg/m3，降尘率高达93.8%，而呼尘平均浓度从352.9 mg/m3降低至27 mg/m3，降尘率达到了92.4%。因此，综合降尘措施能够有效治理综掘工作面粉尘问题，保障了工人身心健康和矿井安全高效生产。

3 结论

针对综掘工作面产尘特征，对掘进机外喷雾进行了改进优化，对掘进机底部星轮旋转装载产尘布设了专用雾化喷嘴，同时采用了湿式除尘风机形成封闭式治尘空间，安设了2 道全断面水幕帘净化降尘。全尘和呼尘降尘率在掘进机司机处分别达到了87.2%和86.8%，在降尘风幕后方5 m 处降尘率分别为93.8%和92.4%。