店坪煤矿掘进工作面降尘技术应用分析

（霍州煤电集团吕梁山煤电公司方山店坪煤矿，山西 方山 033100）

1 工程概况

店坪煤矿二采区9-2052巷主要担负着9-205回采工作面的运输、回风、行人等任务，同时留巷为9-203回采工作面服务。巷道位于830南翼轨道巷21#导线点前12m处，以270°方位角，沿9#煤层顶板施工1386 m（中-中）到切巷位置。9-2052巷设计全长1386 m。预计9-2052工作面揭露煤层厚度为2.6～3.2m，平均厚2.9m，工作面范围内煤层、煤体结构较稳定，含有两到三层夹矸，夹矸多为砂质泥岩，厚度为0.2～0.45 m。煤层倾角1°～5°，属于近水平煤层。煤层顶板为砂岩；底板为砂质泥岩。

由于掘进作业所产生的粉尘浓度较大，原有的普通降尘措施很难到达除尘效果，较高的粉尘浓度使得巷道可见范围缩小，同时对矿工造成健康伤害，需要及时改进除尘方案，保证矿工健康与掘进作业的正常进行。

2 粉尘浓度检测分析

为降低工作面内粉尘的浓度，采取相应措施，需要对实际现场进行粉尘浓度检测。检测地点主要为在距离地板1.5m处，此处为工人的主要呼吸带[1]。在测量粉尘浓度时，使用CCZ-1000型直读式粉尘浓度测量仪，该仪器操作简单，便于员工上手，可以在监测的同时读取数据，省时省力。主要检测点布置见图1，所得监测数据汇总见表1。

图1 监测点布置

表1 掘进工作面粉尘浓度监测

对上述监测数据进行分析，得出以下结论：

1）粉尘主要是由于掘进机工作时所产生，而司机位于掘进面最近，所产生的粉尘最先到达司机位置，所以造成此处成为粉尘聚集区，在设计降尘方案时，此处应作为重点防护。

2）在距离掘进头5m处，粉尘浓度会突然增大，粉尘浓度达到最大值，造成这一现象主要原因是此处位于掘进机与皮带的交界处，同时附近是局部通风机风筒出风口，产生的气流会使巷道内的尘土吹起，造成此处粉尘浓度逐渐升高，达到最大值。

3）随着逐渐远离掘进头，粉尘浓度在降低，主要由于巷道内风流的作用下，部分粉尘会逐渐被排出或者沉降在地面；另一部分粉尘则会在整个掘进巷道内悬浮扩散。

4）当与掘进面的距离大于50m，全尘浓度下降的趋势会变得缓和最后趋向稳定，这是主要因为在空气中的粉尘会受到重力与其他阻力，在扩散的过程中向地面沉降，对于较大颗粒的粉尘，沉降现象最为明显；对于直径较小的粉尘颗粒则会在空气中自由移动，分散在整个巷道中，因此巷道内的粉尘浓度最后会趋于稳定。

5）呼吸性粉尘与总粉尘的浓度分布相同，在远离掘进头5m处达到最大值，之后是随着逐渐远离掘进头，粉尘浓度开始降低，最后会逐渐趋于稳定；但由于呼吸性粉尘颗粒较小，质轻，很难在较短时间内实现沉降，大部分会随着巷道内气流运动被喷雾系统捕捉或者排出。

6）距掘进头10m范围内，呼吸性粉尘一直处于较高的浓度，而司机及其他员工在此环境下工作，及易造成尘肺病。因此，需要对产生粉尘源头加以控制。

3 新喷雾降尘技术

区别与地面工作，井下工作环境较特殊，目前相关领域内主要通过湿式防降尘的方法来进行粉尘防止，此方法采用最广泛的是喷雾防尘[2]。我国主流矿井采取高压喷雾降尘技术，这种降尘方法较传统的喷雾降尘效果显著提高，综合降尘率达到75%～95%。

根据店坪煤矿9-2052巷掘进工作面实际情况，为了达到降尘效果，决定在原有降尘措施上进行改进，在产尘源头采取高压喷雾技术，在其他地方采取自动喷雾措施，使得整体降尘方案更加适合实际矿井，预计降尘率高于80%。

3.1 掘进工作面喷雾降尘

在掘进机上使用油压-水压转换装置，通过掘进机的液压来为水泵工作，从而产生高压水[3]。掘进机的液压油在液压泵中是循环工作，所以当装置水量不足的情况下，依然可以正常作业，水泵中的水又会为整个装置起到降温的作用，从而在整个装置工作时，液压油的温度不会升高。工作装置见图2。

图2 掘进机高压油转换

与传统获得高压水喷雾的方案相比，它的优点是：

（1）整体装置外壳坚固，功能完善，适应性强，可以高效的完成掘进作业。

（2）改进后的装置体积小，重量轻，依然可以获得高压水，不会对掘进作业造成任何影响。

（3）通过掘进机液压油工作产生的压力控制水泵，从而使得液压油的能量转化为高压水，整体达到减少能源，高效的目的。

（4）整个装置的水压与流量，都可以得到任意调控，掘进机司机可以在掘进的同时控制除尘装置，而不影响到整个掘进作业。

3.2 皮带输送机喷雾降尘

图3 皮带输送机喷雾降尘

皮带附近的粉尘来源主要是由于掘进产生的煤块经过皮带运输时，磕破造成大量煤尘产生，悬浮在附近。所以此处需要安装一个喷雾水管，达到降尘的目的，考虑的巷道实际尺寸，水管安装在皮带上60 cm处；喷雾水管上每隔5 m加设一个横向喷管，每个喷管有4个喷头。水管与井下供水装置通过一个液压抢相连接，液压枪的阀门处装有一个朝向巷道的遮板[4]，每当煤块在皮带上通过时，都会接触遮板，此时遮板上翘，启动液压枪，开始喷雾。若煤块加大时，则遮板上翘角度随之增大，喷雾加强，可以达到自动调节喷雾水量的目的。改进后较之前装置，不仅实现自动调剂水雾，实现节水节能，同时安全高效，更好的起到降尘效果，喷雾装置见图3。

3.3 回风巷喷雾降尘

在粉尘喷雾装置内安装一个粉尘传感器[5]，可以检测巷道内的粉尘含量，当大于某一设定值时，传感器会向控制器传递降尘信号，主控装置开启该区域内的喷雾装置，使用弧形喷雾架安设喷枪；当粉尘浓度低于设定值时，传感器反馈信号，关闭喷雾装置。同时在喷雾装置的两侧安装传感器，方便在人员通过时，会停止喷雾，当人员远离该区域，可以继续进行降尘作业，达到节能，节水的同时，不影响正常作业。装置设计见图4。

图4 回风巷自动喷雾降尘

4 效果分析

为掌握采用新喷雾降尘技术后第一手粉尘浓度资料，对掘进工作面总粉尘浓度、呼吸性粉尘浓度进行跟踪测定，测尘数据汇总见表2、表3。由上表可以看出，在采取新的降尘措施后，对比表1，降尘效果明显，总粉尘与呼吸性粉尘的治理效果均达到80%以上，与预期效果相吻合，达到了除尘的效果。

表2 掘进工作面总粉尘浓度测定

表3 掘进工作面呼吸性粉尘浓度测定

5 结语

1）对店坪煤矿9-2052巷掘进工作面的粉尘进行了现场检测，掘进机司机处与距掘进头5m处粉尘浓度较大，原因是掘进所产生的粉尘最先到达司机位置，造成此处成为粉尘聚集区；而掘进机与皮带的交界处，附近为局部通风机出风口，产生的气流会使巷道内的尘土吹起，造成此处粉尘浓度突然升高，此处需要重点防治。

2）通过对粉尘检测数据分析，在原来的降尘装置的基础上，结合实际情况，掘进工作面采用高压喷雾降尘、皮带输送机喷雾降尘、回风巷喷雾降尘等降尘措施，全方位除尘。

3）在采用改进后的降尘方案后，应用效果表明，总粉尘综合降尘率平均达到85%，呼吸性粉尘综合降尘率平均达到84.3%，治理效果良好，能实现矿工安全健康作业，保证施工作业顺利进行。