慈林山矿15206 运输巷综掘工作面粉尘治理分析

程云鹏

（慈林山煤业公司慈林山煤矿，山西 长子 046605）

高浓度煤尘环境遇到明火可能引发煤尘或瓦斯煤尘爆炸，威力远超普通瓦斯爆炸。长期在高浓度粉尘条件下工作，吸入大量粉尘后容易引发尘肺病等呼吸性系统疾病。煤矿综掘工作面是粉尘主要产生源，目前粉尘治理技术主要有喷雾、通风、煤层注水等技术。本文以慈林山矿15206 综掘面为例，提出实施了封闭式控除尘技术治理粉尘[1]。

1 工作面概况

慈林山煤矿隶属于山西潞安化工集团，核定年生产能力为60 万t，可采储量为2 681.48 万t，煤种为贫煤，煤质工业分析结果见表1。15206 运输巷为半煤岩巷道，断面面积为12.9 m2，供风量为230 m3/min，所属15#煤层厚1.9～2.3 m，均厚2.1 m，结构较简单，含1～3 层夹矸。本煤层层位稳定，结构较简单，煤层甲烷含量为0.46 mL/g（干燥无灰基），属低瓦斯矿井。掘进工作面周边无采动区，煤层结构几乎未受采动影响，煤层富水性较小，采掘过程中的产尘量可能很大。15206 运输巷开口位置位于15 煤南翼皮带大巷5#联巷往南59 m 处，总长度为654 m，采用三一EBZ-200 综掘机掘进作业。

表1 工业分析结果

图1 巷道断面图（mm）

2 15206 综掘工作面产尘特征

通过对15206 运输巷掘进工作面现场观测发现，粉尘来源主要有以下四个方面[2]：

（1）掘进机截割头截割煤体产尘。综掘工作面依靠掘进机高强度截割煤体，截割头上的截齿旋转割煤是最重要的产尘工序，其产尘量最大、产尘时间最长，截割产尘总量约占掘进面总产尘量的85%。经过对掘进机司机处粉尘浓度实测发现，总粉尘平均浓度高达846.3 mg/m3，呼吸性粉尘平均浓度高达424 mg/m3。截割头割煤时主要依靠截齿与煤体之间的碰撞使煤壁发生破碎，实现高效掘进，在此过程中，截齿齿尖挤压、摩擦煤体，煤体首先发生弹性形变，当对煤体施加的压力超过煤的强度极限以后，煤体发生塑性形变直至发生破坏，此时煤体内部存储的弹性能瞬间释放，将破碎的煤体碎块和粉尘抛出，在高强度压力作用下储存的弹性能较多，发生破碎时其释放速度较快，煤体的破碎程度也较大，因此粉尘易被抛射向空气中变成气载粉尘。实测结果表明，截割头向煤壁施加的力越大产生的粉尘越多，呼吸性粉尘等细微颗粒粉尘占比也越高。同时，煤体破碎过程中还会向煤壁深处及远处煤体传导能量，使煤体内部原生裂隙进一步扩展，此时裂隙内部也会产生少量粉尘，发生大范围煤体破碎时粉尘会被工作面压风吹起，造成空气污染。

（2）作业工序产尘。综掘面作业时除了掘进机截割头旋转破碎煤体，还需要打钻、支护、运煤等步骤，干式钻孔过程同样会造成煤体破碎产生粉尘，煤体碎块通过皮带运输机从工作面运送至地面，在此过程中掘进机后方转载点处存在高度差，煤流掉落过程中将抛洒出大量粉尘。

（3）振动产尘。掘进机截割破碎的煤体碎块经由掘进机旋转星轮装载至运输机上，在装煤的过程中煤体相互碰撞，使煤体表面沉积的粉尘再次抛向空中。掘进机星轮装载过程将造成工作面粉尘浓度增加10～15 mg/m3。

（4）压入式供风带入粉尘。煤矿井下多种工作地点都可能产生粉尘，综掘面供风多数来自巷道入口处的轴流式风机，风机从大巷中抽取空气压入工作面，大巷空气中通常存在一定浓度的粉尘颗粒，如果在风机入口处没有采取粉尘净化措施，就会将大巷中的气载粉尘吹入工作面。

综掘工作面是粉尘危害十分严重的地点，且产生粉尘的来源较多，需要采取高效粉尘治理措施降低粉尘浓度，保障工人身心健康。

3 封闭式除尘技术及应用效果

为了高效治理综掘工作面高浓度粉尘，设计了以抽尘装置为主、控尘装置为辅的综掘面封闭式除尘技术，通过抽尘装置吸入截割产生的粉尘，降低粉尘浓度，利用控尘装置在掘进机司机前方形成全断面空气幕，阻止残余粉尘扩散，提高抽尘装置吸入粉尘的效率。

3.1 封闭式抽尘净化技术

抽尘净化装置示意图如图2，主要由扁平式粉尘吸入口、柔性风筒、湿式振弦除尘风机组成。粉尘吸入口固定在掘进机截割臂与机身连接处，可以随着掘进机一同前进或后退，能够保证对截割产尘的高效吸入，柔性风筒和刚性风筒将吸风口和湿式振弦除尘风机链接起来，粉尘从吸入口吸进风筒中，最终在湿式振弦除尘风机中经过湿式除尘组块净化，清洁空气从风机出风口排出。抽尘净化系统内部均为光滑通道，减少了内部流道空气能量损失以及粉尘积聚，提高了除尘效果和吸风量。

图2 抽尘净化装置示意图

图3 附壁风筒示意图

3.2 降尘效果

为了测定封闭式除尘系统对粉尘的治理效果，根据国家相关标准规定，在掘进机司机处和附壁风筒5 m 处的工作人员呼吸带位置分别设置两个测尘点，采用直读式测尘仪同时测定呼吸性粉尘和总粉尘浓度。采用降尘措施以后的除尘率按照公式（1）计算：

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ为除尘率，%；c1为没有降尘措施时的粉尘浓度，mg/m3；c2为采用综合降尘措施后的粉尘浓度，mg/m3。

从表2 中实测数据可以看出，15206 综掘工作面粉尘危害十分严重，没有任何除尘措施时全尘和呼尘平均浓度在掘进机司机处分别达到846.3 mg/m3和424 mg/m3，附壁风筒后方5 m 处全尘和呼尘平均浓度相对较低，但依然分别达到了587.6 mg/m3和361.7 mg/m3。经过封闭式除尘技术治理以后，粉尘浓度显著降低，在掘进机司机处全尘降尘率达到了87%，降低至106.5 mg/m3，而呼尘降尘率则接近85%，降低至64.5 mg/m3。经过附壁风筒隔尘后，全尘和呼尘降尘率分别达到了90.3%和89.9%，参与浓度分别为57 mg/m3和36.5 mg/m3。

表2 不同位置的粉尘浓度 mg/m3

4 结论

（1）综掘工作面粉尘主要来自四个方面，分别是掘进机截割头旋转割煤产尘、作业工序产尘、振动产尘和压入式供风带入粉尘，其中掘进机截割产尘量最大、产尘时间最长，产尘量约占掘进工作面总量的85%。

（2）采用了湿式振弦除尘风机为主、附壁风筒为辅的封闭式除尘技术后，粉尘治理效果较好，在司机处全尘和呼尘的降尘率分别达到了87%和85%，附壁风筒后方降尘率达到了90%。