掘进巷道煤尘爆炸防治技术应用

谷政江

重庆巨能建设集团路桥工程有限公司 重庆 400000

1 概述

凉水井煤矿井田位于陕西省榆林市神木县境内，地处榆神矿区东部，井田面积68.9km2；地质储量6.65亿吨，可采储量4.07亿吨。井田可采范围为3-1、4-2，4-3，4-4，5-2煤，共5层。新建的4-3煤辅运大巷属于二水平开拓延伸工程，半煤岩巷道，煤尘具有爆炸性。采用综掘法施工，沿煤层顶板破底掘进。

2 地质水文煤层概况

凉水井井田位于榆神矿区东北部，井田内地层平缓，倾角不足1°，构造总体趋势为倾向NWW的单斜构造，本井田构造属简单类。4-3煤层平均厚度1.19m。4-3煤顶板以细粒砂岩为主，硬度5.5-6.4，4-3煤底板以粉砂岩为主，硬度4.1-7.4，属半坚硬岩石，岩体完整性中等，较稳定顶、底板。4-3煤辅运大巷掘进工作面涌水量≤4m3/h。煤层为低瓦斯含量微弱，属瓦斯风化带；煤层具有煤尘爆炸危险性，各煤层的自燃发火等级为易自燃煤层，区内无高温热害影响。

3 煤尘的产生

在采掘过程中，产生直径小于0.1mm的煤（岩）粒，因工作面为局部通风原因，煤（岩）粒几乎全部悬浮于封闭的施工环境中。

4 煤尘爆炸机理

煤尘爆炸是由煤尘颗粒表面氧发生剧烈的化学反应所引起的。煤尘爆炸是介于气体爆炸和炸药爆炸二者中间的一种状态，煤尘爆炸实质上是气体爆炸。煤是可燃介质，由于煤尘的表面积增加，受热时，会吸收更多的热量，在较低温度时，就能放出大量的可燃气体聚集在煤尘的周围。如果这时氧化反应放出的热量能够有效地传播给附近的煤尘，这些煤尘也就会迅速受热分解，就会燃烧起来。如果氧化反应生成的热量很快被周围的介质所吸收，氧化反应就不能扩大，也就不能发展成为爆炸；反之，氧化反应就会越来越快，温度也越来越高，活化中心越来越多，达到一定程度时，便能发展为剧烈的爆炸。

5 煤尘爆炸的条件

一是煤尘本身具有爆炸性，二是浮游煤尘浓度为45mg/m3至1500-2000mg/m3，且处于相对封闭空间内；三是要有点燃煤尘的热源，如金属碰撞产生的火花、机械摩擦产生的热量、电气设备产生的电火花等，煤尘引燃的温度一般为700-800摄氏度。四是空气中氧气浓度大于18%。

6 煤尘爆炸的特征

煤尘爆炸主要具有以下3个基本特征：

一是煤尘爆炸产生的能量大，有产生二次爆炸的可能性。煤尘爆炸后瞬间的温度可达2300-2500摄氏度，这样的高温在遇到被第一次爆炸冲击起的煤尘时，非常有可能发生第二次爆炸或爆燃，爆炸所生产的冲击波甚至比第一次爆炸的冲击波大数倍，将矿井破坏。

二是煤尘爆炸后产生大量的一氧化碳及多种有毒有害气体，非常容易造成井下人员中毒发生伤亡。

三是同等条件下煤尘爆炸比瓦斯爆炸造成的伤亡程度要高得多，矿井受损成度要大得多。

因此，为保障矿井的安全生产和广大煤矿工作者的安全，如何预防治理矿井煤尘爆炸显得极其重要。

7 施工方案

采用“四新”加快施工进度，并提供良好的施工作业环境。

7.1 新工艺

采用E B Z-2 0 0 型掘进机掘进，煤、矸分装分运，DSJ80/40/55胶带运输机运输煤、矸至卸载点，WCJ8E型无轨胶轮运输车配ZL30EFB防爆侧卸式铲车转装运输至指定地点。

7.2 新技术

煤、矸在掘进工作面分装分运，利用掘进机分层掘进，实现煤、矸分掘、分装、分运；WCJ8E型无轨胶轮运输车配30防爆侧卸式铲车转装运输；

7.3 新设备、新材料

KCS-408Z煤矿用湿式振弦除尘风机、ZL30EFB侧卸式防爆铲车、新型煤矿通信与信号装置、GCG500A粉尘浓度传感器、KG9701B低浓度瓦斯传感器等新设备、新材料。

8 煤尘爆炸综合防治技术

8.1 综合防尘系统与设备

（1）两台局部通风机安装在有新鲜风流的进风巷中，为掘进工作面提供良好的通风环境，且在局部通风机前20m处安装一道防尘喷雾，雾化效果良好。

（2）防尘喷雾系统和巷道消防洒水管路系统共用，沿巷道延伸至工作面，防尘喷雾管路通往各防尘点。

（3）综掘机内、外喷雾装置。

（4）KCS-408Z煤矿用湿式振弦除尘风机一台。

（5）GCG500A粉尘浓度传感器。

（6）4-3煤辅运大巷内每50m设一个三通阀门，并配备消防洒水软管，每100m设置一个防尘喷雾装置，要求防尘喷雾装置雾化效果良好，能覆盖巷道断面；

（7）在巷道的各个运输系统转载点，设置一道防尘喷雾，要求雾化效果良好；

（8）按要求在巷道中设置隔爆水棚；

（9）作业人员按要求配发3M高级防尘口罩。

8.2 防尘措施

（1）4-3煤辅运大巷距离掘进工作面80米范围内安装两道能覆盖全断面的喷雾，等距分配5个喷头；要求喷雾管路采用DN25的无缝钢管，钢管上缠绕醒目的反光标识，喷雾喷头迎风流方向，倾斜向下45°倾角，喷雾安装距离巷道顶板不大于50mm，开关喷雾装置阀门灵敏、可靠，便于操作；每天安排专人对喷雾进行维护，保证第一道喷雾距离工作面不大于50米，喷雾所有喷头雾化效果良好，喷头无堵塞现象。

（2）掘进机的内喷雾装置使用的水压不得小于2MPa，外喷雾装置使用的水压不得小于1.5MPa；喷雾必须能够全部覆盖掘进机截割头。

（3）各运输转载点设置有完好的喷雾装置，喷雾水压不低于0.3MPa，喷雾喷头为3个，每个喷头流量不得小于4L/min；要求喷雾管路采用DN25的无缝钢管，喷雾喷头朝向转载落煤（矸）点，喷雾开关便于人员开启，阀门灵敏、可靠。

（4）除尘风机安装、调试。①工作面供风风筒上必须设置调风“三通”，“三通”距离工作面为50-120m，调节后工作面迎头供风量应不大于除尘风机吸风量的70%。（工作面风量应满足巷道最低风速、风量要求）。②工作面供风风筒上必须设置附壁风筒，安设位置为除尘风机出风口向后10-30m位置，通风专业人员调节附壁风筒放风量，提高除尘风机使用效果。。③除尘风机出口30-80m位置，应安设2道全断面风流净化喷雾装置，使用气动高压微雾降尘装置，提高呼吸性粉尘降尘效果。

（5）综合防尘系统运转顺序。开：局部通风机防尘喷雾→巷道防尘喷雾→除尘风机及净化喷雾→工作面防尘喷雾→掘进机内外喷雾；关：反之。另应当安排专人冲洗巷道顶帮，按要求进行降尘。

9 效果检验

（1）普通防尘效果：不符合煤矿安全规程要求。

（2）综合防尘效果：符合煤矿安全规程要求。

（3）作业场所空气中粉尘浓度要求

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10 结语

通过对综掘工作面综合防尘技术的应用，能够人为有效的排除煤尘爆炸的风险，且能够提供良好的井下工作环境，有效降低井下劳动人员患尘肺的可能性，能为类似的工程提供施工参考。