辛置煤矿掘进面粉尘防治技术应用实践

刘丁豪

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

辛置煤矿2-208 运输巷掘进面其粉尘浓度单位立方米达上百毫克，甚至上千毫克，严重超过了

《煤矿安全规程》中规定的粉尘浓度标准。粉尘作为矿井五害之一，粉尘的增加直接影响到煤矿的安全高效生产，同时会诱发尘肺病，危害矿工生命健康安全［1-5］。目前我国对煤矿井下掘进工作面粉尘的防治还存在着明显的短板，粉尘防治技术和方法还有缺陷。为此，辛置煤矿开展掘进面粉尘防治技术应用实践，具有一定的现实意义。

1 工程概况

辛置煤矿2-208 工作面开采2#煤层，属于310 水平二采区工作面。工作面所采煤层位于二叠系下统山西组，大部分属于稳定可采煤层，结构复杂，含两层矸石夹层；煤层厚度3.8～4.3 m，平均4.1 m，煤层倾角2°～6°，平均4°，煤层结构1.51（0.3）0.83（0.15）1.31 m，煤质相关参数见表1。工作面直接顶为厚度0～7.5 m的灰黑色薄层状砂岩和泥岩互层结构，基本顶为厚度6～8.2 m的灰白色厚层状K8中细砂岩，直接底为厚度4.0～6.5 m的灰黑色厚层状泥岩，基本底为厚度4.0～7.8 m的灰白色中厚层状中砂岩。2-208 运输巷掘进面为矩形断面，巷道掘进宽度4 800 mm、掘进高度3 900 mm，设计掘进长度583 m。

表1 煤质相关参数

2 掘进面粉尘来源与现场实测

2.1 掘进面粉尘来源分析

掘进面粉尘来源主要包括掘进机割煤过程、钻机钻孔过程、运输转载点扬尘以及其他工序造成的二次扬尘等。

（1）掘进机割煤过程。掘进机割煤过程是掘进面粉尘的主要来源之一。掘进机按照割煤工艺切割煤岩体，在截割头在接触煤岩体过程中，煤岩体破碎并产生粉尘，在分流的作用下，扩散至整条巷道。

（2）钻机钻孔过程。锚杆及锚索钻孔施工时，由于煤体松散破碎，一般采用压风式排渣，在打钻过程中，若不采取专业的粉尘防治措施，将导致大量的粉尘进入巷道。

（3）运输转载点扬尘。煤岩在运输过程中常常需要转载，转载运输过程中导致该区域粉尘飞扬。

2.2 掘进面粉尘现场实测

采用CC20A粉尘采样器对2-208 运输巷掘进面进行粉尘采集，设计多组粉尘采样测点，求取平均值。图1 给出了掘进面不同位置粉尘浓度分布曲线图，由图可知，在距掘进面8 m的位置巷道粉尘浓度超过了1 000 mg/m3。这主要是由于该区域位置处于掘进机附近，巷道主要空间被占据，大量粉尘在掘进机附近的回风侧聚集；而在靠近掘进面的位置，由于较大风流速度有效稀释了该区域粉尘浓度，之后随着距掘进面的距离不断增加，巷道内的粉尘浓度开始显著降低。

图1 掘进面不同位置粉尘浓度分布曲线

图2 给出了巷道内不同位置粉尘浓度分布曲线图。由图2 可知，整体看回风侧粉尘浓度高于进风侧，这是由于巷道内粉尘主要随风流从回风区域排出，尤其在掘进面附近，回风侧粉尘浓度明显高于进风侧（距掘进面12 m时的巷道分布曲线见图2）；随着与掘进面距离的增加，风流速度逐渐趋于稳定，巷内粉尘分布也趋于均匀（距掘进面20 m和50 m时，巷道分布曲线见图2）。

图2 巷道内不同位置粉尘浓度分布曲线

3 掘进面粉尘防治技术

辛置煤矿2-208 运输巷掘进面粉尘浓度现场实测结果表明巷道粉尘浓度严重超过《煤矿安全规程》的标准，必须采用综合粉尘防治技术和措施，以便改善巷道作业环境。基于此，提出综合采用优化通风方式、水幕降尘、活性磁化水降尘等综合技术措施用于治理掘进面粉尘。

4.1 试验工作面综合粉尘防治技术

（1）优化通风方式。采用通风除尘是矿井常用的安全高效的除尘方式之一，合理的通风方式可有效实现掘进面除尘。2-208 运输巷掘进面原通风方式供风量为350 m3/min，其粉尘防治效果较差，经理论计算，提出采用供风量为470 m3/min进行掘进面通风除尘，局部通风机布置见图3。

图3 巷道掘进面局部通风机风筒布置

（2）水幕降尘。水幕降尘是指在巷道掘进面某区域设置喷雾装置，通过持续的全断面喷雾实现巷内除尘的目的。考虑风流对喷雾的影响以及粉尘分布规律，在距掘进25 m的位置布置2 组喷雾降尘装置，分别布置在进风侧和回风侧顶板区域，主要参数如下：喷射半角25°、喷雾压力5 MPa、喷嘴直径0.15 mm，巷道掘进面水幕布置方式见图4。

图4 巷道掘进面水幕布置方式

（3）活性磁化水降尘。矿井粉尘具有疏水性能，常规的喷雾降尘效果有限，研究表明磁场可改变水分子物理性质，增加水的湿润性。因此，采用活性磁化水配合常规喷雾降尘可有效提高降尘效果。活性磁化水制备流程：将高浓度活性剂溶液采用静态混合器定量加至输水管路，并均匀混合，配比得到的低浓度活性水，进入磁化器磁化，得到的活性磁化水用于综掘面喷雾、洒水。

图5 活性磁化水制备过程

4.2 掘进面粉尘防治效果分析

提出了综合采用优化通风方式、水幕降尘、活性磁化水降尘等技术措施，在辛置煤矿2-208 运输巷掘进面进行了实施应用，监测了距掘进迎头30 m内，采用技术措施前后粉尘浓度情况，未采用降尘措施时，该截面巷内全尘和呼尘浓度分别为280.6 mg/m3、117.8 mg/m3；综合采用优化通风方式、水幕降尘、活性磁化水降尘等技术措施后，该截面巷内全尘和呼尘浓度分别为49.5 mg/m3、22.4 mg/m3，降尘效果达80%以上。

4 结语

掘进工作面粉尘浓度大、治理困难，给煤矿生产带来巨大安全隐患。本文总结了掘进面粉尘主要来源，包括掘进机割煤过程、钻机钻孔过程、运输转载点扬尘以及其他工序造成的二次扬尘等，提出综合采用优化通风方式、水幕降尘、活性磁化水降尘等技术措施，在辛置煤矿2-208 运输巷掘进面进行了实施应用，其降尘效果达80%以上。