煤矿工作面通风与防尘的技术研究

弓 超，樊胜杰

(潞安化工集团 余吾煤业公司，山西 长治 046100)

1 采煤工作面粉尘危害程度评价

1.1 粉尘危害评价标准

采煤过程会产生大量煤尘和岩尘，对于煤矿井下作业场所和人行道空气中的粉尘含量，《煤矿安全规程》作出了明确规定，具体浓度标准见表1。

表1 煤矿井下粉尘种类及浓度标准

粉尘中游离二氧化硅含量不同，其工作场所空气中粉尘容许浓度标准也不尽相同，具体规定见表2。

表2 工作场所空气中粉尘容许浓度标准

粉尘中的游离二氧化硅含量，生产性粉尘浓度超标倍数以及作业现场工人接尘时间肺总通气量可以在很大程度上表征粉尘危害程度，本文通过综合分析以上3项指标，并结合生产性粉尘作业危害程度分级标准(GB 5817-86)，对采煤工作面的粉尘危害程度进行分级，共分为5个等级，分别是：0级、I级危害、II级危害、III级危害、Ⅳ级危害。

1.2 粉尘危害评价结果

经实地监测，该煤矿回采工作面的粉尘浓度为673～964 mg/m3，根据《煤矿安全规程》、《工作场所有害因素职业接触限值》以及《生产性粉尘作业危害程度分级》相关规定，该煤矿粉尘浓度远远超出规定允许浓度，严重影响煤矿安全生产和作业人员身体健康，经综合评价认为该煤矿粉尘危害程度为最高级的IV级危害，必须采取有效的措施防治粉尘。

2 余吾煤业通风防尘案例分析

2.1 余吾煤业N1105工作面通风系统

2.1.1 工作面通风系统

N1105工作面通风系统设计为“U型两进一回”通风系统，N1105胶带巷进风(5号贯以外布置有N1103胶带巷辅助进风)，N1105回风巷回风，布置有N1105高抽巷，用以对回采过程中采空区及围岩裂隙涌出的瓦斯进行抽采，从而降低工作面风排瓦斯压力，如图1所示。

图1 N1105工作面通风系统示意

2.1.2 瓦斯涌出量预测

N1105工作面煤层原始瓦斯含量为8.5 m3/t， N1105工作面试采前实测最大残余可解析含量为4.809 2 m3/t。

N1105工作面煤层最大可解析瓦斯含量为4.809 2 m3/t，利用AQ1018-2006分源预测法对工作面的最大瓦斯涌出量进行预测。N1105工作面绝对瓦斯涌出量为33.54 m3/min。N1105工作面回采期间采用高抽巷、裂隙带钻场、平行孔及采空区埋管措施进行瓦斯抽采。根据N1105工作面抽采情况及相邻工作面低负压抽采系统抽采能力，预计N1105工作面低负压抽采能力(顺层钻孔除外)为20 m3/min，则N1105工作面最大风排量为13.54 m3/min。

2.2 矿井粉尘监测及个体防护

1) 总粉尘的粉尘浓度监测，分为井下监测、地面监测和粉尘散度监测，检测时间频率分别为每月2次、每月1次、每6个月1次。

2) 个体呼吸性粉尘监测，分为综采工作面监测和其他场所监测，时间频率分别是每3个月1次、每6个月1次。

3) 粉尘中游离SiO2含量监测，需要提取接尘作业场所测定样品，样品有效数量不低于3个，时间频率为每6个月1次，工作面变更时进行1次测定。

4) 监督作业人员佩戴过滤式防尘口罩，口罩数量与自救器数量一致。

3 采煤工作面粉尘防治技术

3.1 井下洒水防尘措施

煤矿井下洒水、消防系统采用合流制，是将井下排水进行处理至水质符合标准后使用，由地面消防水池供给地面静压清水池(V=2×300 m3)，设置加压泵房1座：V=9 m×6 m×3.3 m，消防泵2台：型号：XBD6/15-80×3 (1备1用) ,Q=54 m3/h，H=60 m 。管道引入方式为副井引入，由于消火栓的静压和出口压力最大不超过1.0 MPa和 0.5 MPa，同时考虑到静压水池与井有200～400 m的高差，因此在水流送至各洒水点之前，需要在井底利用减压阀减压。

井下消火栓及消防支管出口压力一般0.4 MPa，井下其他各用水设施出口压力大于1.0 MPa的采用动压给水。

井下降尘洒水696.09 m3/d，井下消防用水162.00 m3/d，井下自动喷水灭火用水57.6 m3/d。

3.2 煤层注水防尘措施

相比其他防尘措施，从根本上减少采煤过程中粉尘产生量的措施是煤尘注水，其除尘率可达60%～80%，较理想的情况下，煤尘注水措施可以将总粉尘浓度减少75%～85%，呼吸性粉尘浓度减少65%以上。煤层注水的方法是通过钻孔的方式，将水从钻孔内注入到煤层中，将每层浸湿，使得煤体中的水分增加，进而减少粉尘的产生。

3.3 综合通风防尘管理措施

防尘工作的根本目的是从根本上减少粉尘产生量，尽可能减少工作面的浮沉量；对于已经产生的浮沉，需要采取适当的方法使其沉降，避免粉尘进入风流，随着风流飞扬，对作业人员工作效率和身体健康产生不利影响。对于降尘之后剩余的粉尘，需要从井下排出地面，主要方式是足量的风流进行稀释，需要合理控制风速，避免因风速过大，导致粉尘重新飞扬。

在对粉尘进行管控时，首先要分析粉尘来源，采掘工作面是矿井粉尘最主要的来源场所，产尘之后，粉尘飞扬受到风流速度的影响，除此之外，煤岩石的装卸和转载运输同样会对粉尘飞扬产生影响。在粉尘防控措施设计中，需要综合考虑各个作业场所和工作面，其中包括采掘工作面、煤岩装卸点、运输巷、胶带斜巷、工作面运输巷等主要产尘和聚尘场所。

1) 安装静压水管，在胶带、回风巷铺设静压水管。

2) 采煤机安装内、外喷雾装置。为减少割煤过程中扰动煤体产生大量粉尘，需要采取割煤机安装喷雾的方式，减少煤尘产生，喷雾流量根据实际情况选择，内喷雾和外喷雾工作压力2 MPa和4 MPa，喷雾装置故障或无水时需停止采煤作业。

3) 定时检查维修防尘设施。检修班防尘段需要确保防尘设施的正常使用，需要每天对各防尘设施进行检查维修。

4) 安装自动喷雾系统，安装位置在支架小梁下和后连杆机构下安装架间、放煤自动喷雾系统，可以实现在降架和放煤的过程中，喷雾同步打开，达到及时降尘的目的，维护人员为支架及检修工和放煤工。

5) 安装喷雾设置，设施安装位置为各转载点，为保证雾化效果，达到降尘目的，要求喷嘴固定牢固且与落煤点的距离不大于0.5 m，负责维护的人员为各转载点司机及检修工。

6) 破碎机两侧封闭，出煤口安装洒水装置，装置喷头数量为3个。

7) 每班设专职防尘员，并严格执行“五位一体”开工制度。对工作面胶带、回风巷进行冲洗，冲洗距离为距工作面100 m范围内，冲洗频率为每班一次，对距离工作面100 m外也要进行定期冲洗，冲洗频率为每天至少一次。除此之外，生产班也需要安排人员进行防尘洒水，主要方式是跟随采煤机作业，洒水范围是整个工作面以及支架处，并向通风调度汇报防尘情况。

8) 做好个体防护，佩带防尘口罩。

9) 进风流设置两道净化水幕，位于胶顺工具房往里50 m范围及胶顺转载机机头往里至大溜机头处。回风巷距工作面50 m范围内安装两道捕尘网及配套风流净化水幕，出水方向与风向一致，呈顺风向下趋势，各个喷头间的距离为500 mm，与水平面夹角控制在30～45°范围内，通过净化水幕喷射对捕尘网进行冲洗，巷道整个断面需要被捕尘网覆盖，为达到更好的防尘效果，安装联动水幕，在作业进行过程中，捕尘网须打开水幕，且水幕捕尘网能够随时移动，及时满足工作面降尘需求。

10) 在工作面回风巷与回风大巷交叉口安装净化水幕，数量为一组，具体位置为交叉口下风侧10 m范围内，喷头间距为500 mm，且出水方向与水平面夹角控制在30～45°范围内。

11) 在胶带巷安装三道净化水幕，出水方向与风向一致，呈顺风向下趋势，三道水幕具体位置分别是：内部距离工作面200 m的位置；距胶顺辅运巷口100 m的位置；上述两道净化水幕的中间，水幕设置可移动，在实际作业过程中，根据回采作业移动到需要位置。

4 综采工作面粉尘防治技术现场效果进行验证及总结

1) 煤炭生产中产生的粉尘通常附着在井壁和土壤上，大量粉尘悬浮在矿井通道中。煤矿生产人员若长期处于高浓度粉尘环境中，会对呼吸系统造成严重损害，并威胁健康。因此，通风除尘、井下洒水防尘和佩戴防尘口罩，尤为重要。

2) 煤层注水技术始于二战期间的苏联。我国经过几十年的探索研究，最终阐明了煤层注水降尘的润湿机理，为煤层注水降尘提供了理论依据。本次采用混合式煤层注水方式 ，实践证明对于预防煤矿粉尘和煤与瓦斯爆炸有着十分明显的效果。

3) 采煤和采煤机割煤作业，容易给综采采煤工作面带来大量粉尘，数据显示，约有60%的粉尘都是在采煤时产生的。余吾煤业通过给采煤机安装内、外喷雾装置，实际降尘效果显著。实践证明，这种形式的喷雾降尘不仅可以防止灰尘逐渐扩散到人行道上，而且有效降低了综采采煤工作面的粉尘浓度。

4) 做好煤炭运输过程中的喷雾降尘工作，可以减少采煤过程中的粉尘量。特别是运输巷降尘时，由于胶带具有一定的平均输送速度，两条胶带之间的高度存在一定差异，因此，细粉尘会在空气阻力和气流的影响下悬浮，并随气流扩散，造成粉尘污染。通过对矿井粉尘污染程度的现场测试，可以得出原运输巷周围的粉尘浓度为453 mg/m3(国家标准为225 mg/m3)。采用喷雾降尘措施和加压水喷雾降尘后，运输巷周围的粉尘浓度调整为213 mg/m3，降尘效果显著。

5) 工作面采煤时，手动打开水幕捕尘网，并使水幕的位置随着采煤工作的移动而有规律地移动；工作面卸煤时，打开净化水幕，并在防尘网帘上洒水，以捕集煤尘。经调查数据显示，不使用捕尘网时，采煤工作面煤尘浓度为15 mg/m3。安装净化水幕后，粉尘浓度平均降至6 mg/m3，平均降尘率达到60%.

综合数据显示，余吾煤业在采煤工作面、煤岩装卸点、运输通道、胶带斜巷、工作面输送槽等主要产尘、集尘场所，采取了一系列综合防尘通风管理措施，在预防井下煤尘事故、改善井下工业卫生条件、降低员工职业病风险等方面取得了显著成效。