田庄煤矿掘进工作面的煤尘防治综合防治技术

刘文杰 张政 刘明

（1山东科技大学矿业与安全工程学院 山东青岛 2665902山东煤矿安全监察局 山东济南 2500313山东省煤炭技术服务有限公司 山东济南 250032）

1 田庄煤矿概况

田庄煤矿为立井开拓方式，两水平开采，走向长壁式布置工作面，主采16上和17层煤；采煤方法为炮采、综采，单体液压支柱、综采支架支护顶板，冒落法管理顶板。16上煤和17煤煤尘爆炸指数较高：-167m水平16上煤47.89%，17煤44.06%；-256m水平16上煤43.68%，17煤44.20%。

2 负压二次降尘技术在综掘机上的应用

利用负压二次浆尘装置可以将综掘机在掘进过程中所出现尘量大现象进行改善，可以有效缓解工作环境，对下一步推广薄煤层开拓掘进机械化奠定了基础与保障。

2.1 对负压二次降尘装置进行布置

在布置的时候需要将负压二次降尘装置安放到掘进机的面板之上，并且将顺槽之内的供水管作为主要的供水设备。其中喷嘴的水压是应用井上与井下两个环境下所形成的静压，压强为4MPa～5MPa，且喷嘴的形状为锥形，通常情况下以四个喷嘴为一组，在左右两侧各设置一组。

2.2 计算含尘气流的除尘滤

在负压二次降尘装置中的尘粒与雾粒呈现反比关系，与液气的速度、筒体的长度呈正比。经过相关技术测定，在负压二次降尘装置中所包含除尘率为100%。

2.3 距离所造成的影响

通过对负压二次喷嘴性能参数的了解可以清楚得知：如果负压二次喷嘴距离切割滚筒比较远，那么负压二次喷雾水流无法得到全面扩散与开展，这种情况下会导致负压区域变的比较狭小，相对应的水流、粉尘以及气流之间的混合效果不容乐观。除此之外，在这种情况下，如果当水流在靠近煤壁的时候速度比较快，那么则会引发二次扬尘。根据笔者调查与研究，当距离保持在2m左右的时候除尘效果最明显。

2.4 水压所带来的影响

当负压二次降尘装置的水压越高，那么所形成的负压区域会变大，相应的雾化效果也会比较明显，在这种情况下，无论是除尘还是控尘效果都比较明显。但是从另一个角度分析，如果雾粒的直径变得越来越小，那么则极容易被风流所吹散，会形成气雾现象，对掘进机司机的视力会产生影响。所以，在积极保证降尘效果的同时，还要对供水的压力进行降低，以此用来保证掘进机司机在工作中视线清晰。根据调查研究，当水压设置在5MPa的时候最佳。

根据对使用负压二次降尘装置之后的数据显示，掘进机司机位置处的总粉尘降尘效率达81%，距迎头20m处的总粉尘降尘效率84.3%，这两个数据表明利用该装置能够改善粉尘浓度。

3 除尘器的研究与应用

工作面配备除尘器，在紧靠工作面的掘进机司机座位前方，需要配备吸气罩，并且将掘进机运行过程之中所形成的高浓度粉尘引入到巷道的后方，利用除尘器进行净化，并及时将已经净化好的空气排到巷道内。此外，在除尘器的内部安装喷雾净化以及过滤网，可以提高净化效果，保证除尘效果达到90%以上。

假如所设置的除尘器吸尘口的距离与掘进机距离比较近，那么则会导致掘进机所产生的大量粉尘会被风流所带走，并且会将比较粗的粉尘吸入到除尘器之中，导致除尘器换洗次数比较多。此外，如果所设置的除尘器吸尘口的距离与掘进机距离比较元，那么在整个工作过程中所形成的粉尘会经过司机之后才会被吸入到除尘器之中，这种情况会对司机的身体健康产生危害。经过测试与研究，将除尘器与掘进机的距离设置在3m左右最佳。

众所周知，井上与井下的工作环境不同，井下工作条件具有一定的危险性与特殊性，所以要求除尘设备要具备方便性与便捷性。在保证除尘设备与掘进机共同前进的同时，也在一定程度上减少工作的劳动力度。笔者所在矿井主要采取的除尘器的安装方式考虑到了生产作业条件，经过反复探索，将除尘器安置在皮带上方，吸尘口安装在综掘机司机前方，它们之间用伸缩风筒连接，这样在掘进机上方形成独立的除尘系统，基本上不影响掘进工人工作。

在除尘器正常运行之前，需要利用软管将除尘器水箱之中所存在的污水进行排放，并注入干净的清水。等到除尘设备运行一段时间之后，需要再次进行污水处理，总体而言，这种操作比较简单。另外，对于除尘设备、掘进机的供电线路要有风电闭锁等装置，如果局部风机出现问题无法进行操作的时候，除尘设备会在短时间内断电，并即刻停止运作。等到风机正常运转或者瓦斯浓度符合标准之后，除尘设备的开关才会正常启动。

4 工作面吸氧装置

4.1 综掘工作面吸氧装置

综掘工作面吸氧装置如图1所示，由呼吸口罩、风管、空气减压过滤装置、压力表等组成。工作原理：综掘工作面吸氧工作装置原理利用压风管路的新鲜空气作为氧气源，通过空气减压过滤装置净化空气和减小空气的压力，然后通过导风管将新鲜空气送入呼吸口罩，供综掘机司机等固定岗位人员呼吸，呼出的二氧化碳等气体可以通过呼吸口罩上的排气管排出。

防护效果：采用吸氧装置后，隔绝了外部环境中的煤尘，使工作人员大大地减少了对粉尘的吸入，从而减少尘肺病的发生率。

图1 综掘工作面吸氧装置

4.2 炮掘工作面氧吧

炮掘工作面氧吧如图2所示，由安全硐室、三通、风筒组成。

工作原理：将软质风筒90°三通及供风开启装置安设在掘进工作面安全硐室内，掘进正常供风情况下，供风开启装置处在关闭状态；当掘进迎头爆破作业前，迎头工作人员进入吸氧硐室，掀起供风开启装置反锁扣，打开供风口向吸氧硐室内供风供氧。当爆破作业结束，炮烟排净后，工作人员关闭供风开启装置并用反锁扣上供风开启板。

防护效果：采用氧吧后，防止了工作人员在爆破时处在炮烟和粉尘中，杜绝了炮烟和粉尘的吸入，减少了外部环境中的粉尘和炮烟的危害，降低了尘肺病的发病率。

图2 炮掘工作面氧吧

5 水联动放炮喷雾装置

风水联动喷雾装置的结构见图3，由供水管路及阀门、供风管路及阀门、喷头、联动控制阀、高压管路等组成，构成供水和供风两个联合系统，通过风水阀门调节供水供风状况，形成风水联动调节喷雾装置。

工作原理：利用缝的压力实现水源与风力的整合，保证风与水能够在相互补充下获得动能。改变了以往单一只靠水压、喷雾距离短、雾化效果不理想的现象，并且还会加大税务，缩小雾滴，扩大喷射距离，具有良好的除尘效果。

防尘效果：在5612中顺使用风水联动调节喷雾装置后，增加了喷雾距离、雾化效果增强，水雾布满整个巷道，喷雾喷射距离达到10m以上，可以让粉尘湿润，降低井下粉尘的浓度，提高降尘效果，根据研究，这种装置的除尘率可以达到50%以上，具有良好的除尘效果。此外，该装置在安装的时候比较简单，可以在各大地区进行推广。此外，使用风水联动调节喷雾装置，在提高除尘效果的同时，也能够改善井下的环境，在保障工作人员身体健康的同时，可以减少工作人员发病几率，具有良好的社会效益。

6 粉尘在线监测与喷雾的联网技术

粉尘浓度自动喷雾装置如图4所示，由主机、监控分站、粉尘浓度传感器、控制器、电磁阀、净化水幕等组成。

图4 粉尘浓度自动喷雾装置示意图

工作原理：净化水幕在正常情况下是常闭状态，如果粉尘的浓度要高于标准值之后，控制器则会发出信号，对电源箱之内固态继电器造成影响，甚至可以及时打开控制喷雾的电磁阀，这样一来，便可以开始实施除雾。另外，如果当粉尘的浓度低于标准要求的时候，控制器则会发出信号，关闭设备，所有的继电器也会得到关闭，喷雾除尘工作也会即刻停止。

系统功能包括：（1）粉尘浓度的自动监测与监控实现能够自动监测粉尘浓度和粉尘浓度超限报警功能；（2）如果粉尘的浓度>10mg/m3时，那么则可以实施自动喷雾，当粉尘浓度下降到报警浓度之后，喷雾才会停止工作，报警器才会停止。（3）与网络联网之后，在监控系统之中可以对井下粉尘的变化状态有所了解，并且能够对历史数据进行查询，然后结合数据绘制报表曲线，这样一来，才能真正实现数据的存储，才能实现了地面监测及信息处理功能。

7 结语

针对田庄煤矿煤尘具有较高爆炸指数的特点，对其掘进工作面和主要运输巷的煤尘防治技术进行了研究，采取了多项防尘措施，使得各采掘工作面和主要运输巷的粉尘浓度得到了有效的控制，不仅改善了井下采掘进工作面的作业环境，保护了员工的身体健康，还有效促进了矿井安全生产，具有良好的社会和经济效益。

[1]王德明主编.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

[2]中国煤矿安全监察局主编.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2014.

[3]徐永忻主编.采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[4]金龙哲主编.矿井粉尘防治理论[M].北京:新华出版社,2010.

[5]赵铁锤主编.矿井粉尘防治技术 [M].北京:煤炭工业出版社,2007.