综掘工作面综合除尘技术

魏世建

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

引言

粉尘会恶化井下工作环境，给作业人员身体健康及工作安全等带来较大威胁[1-2]。为此，众多学者对煤矿井下粉尘防治技术展开研究，并针对性地提出除尘、控尘等技术措施，主要的除尘方式包括有喷雾、注水及泡沫除尘等。随着矿井新型、大功率采掘设备应用推广，采掘作业面推进速度明显提升，从而导致作业点粉尘浓度明显增加[3-5]。针对采煤工作面而言，通过在回采巷道内超前注水可在一定程度上增加煤层含水率、降低粉尘量；而综掘工作面推进速度可达到300～500 m/月，通过布置超前钻孔虽然可在一定程度上增加煤层含水率，但是却存在影响巷道掘进效率、注水效果不佳等问题[6-8]。为此，本文以山西某矿3506 运输巷掘进为工程实例，针对煤层原始含水率底、掘进迎头粉尘浓度高等问题，提出针对性粉尘治理技术，以期在一定程度上改善掘进迎头环境质量、提高巷道掘进效率。

1 3506 运输巷概况及除尘措施

1.1 掘进巷道概况

3506 运输巷设计断面为矩形（净高3.4 m、净宽5.6 m），沿着矿井回采的5 号煤层底板掘进，设计掘进长度为2 590 m，掘进范围内煤层赋存稳定、地质构造不发育。3506 运输巷采用EBZ-220 悬臂式掘进机掘进，锚网索方式支护围岩，巷道掘进进尺控制在380 m/月。5 号煤层赋存稳定，厚度均值6.8 m，顶底板岩性以粉砂岩、泥岩及碳质泥岩为主。根据已有资料显示，5 号煤层渗透性较差，孔隙率为2.6%，煤层原始含水率仅为0.35%～0.93%；煤层吸水性较差，吸水率控制在0.24%～0.32%、添加湿润剂后吸水率增加不明显，通过采用注水方式降低粉尘浓度效果不佳。同时5 号煤层较为松软，测定硬度在0.4。5 号煤层产尘强度为80～1 860 g/t，对巷道掘进期间粉尘浓度进行测定、分析，发现巷道掘进迎头呼吸性粉尘占比分别为21.4%～22.9%。

1.2 现采取的除尘措施

3506 运输巷在掘进迎头用分段注水、长压短抽除尘等试验，增加煤层含水率、降低粉尘量，但是由于施工的钻孔孔深短、注水时间及注水量有限、注水压力较小等影响，煤层含水率增加幅度及影响范围有限，特别是5 号煤层本身属于难以浸润煤层、孔隙率较低，导致煤层注水效果不佳。高压喷雾在掘进迎头应用后，粉尘、喷雾混合可实现粉尘快速下沉，但是大量喷雾会影响综掘司机视野；长压短抽通风设备由于未有针对性控尘措施，导致迎头风量紊乱，粉尘弥漫整个掘进迎头。现场测定发现，综掘司机处全尘、呼吸性粉尘浓度分别为315 mg/m3、1 226 mg/m3，粉尘浓度较高，同时司机视野受限。

2 综合除尘技术应用

针对3506 运输巷掘进的5 号煤层浸润性较差及掘进迎头粉尘浓度较高问题，提出在掘进迎头使用分段调风控制技术、转载点多层次喷雾除尘技术，从而在掘进巷道内形成立体的除尘措施，具体布置如图1所示。

图1 掘进巷道内形成立体的除尘设备布置示意图

2.1 综掘机高效喷雾抑尘

具体巷道掘进迎头喷雾装置布置如下页图2 所示，在摇臂上布置环形喷雾装置并在喷雾装置下部垂直喷雾装置下侧布置喷嘴，在悬臂下侧通过喷嘴喷射的高压水雾形成雾幕，抑制综掘机破煤及垮落产尘外溢；在悬臂上方布置喷雾装置向巷道两帮喷雾，形成雾幕，减少粉尘扩散量。

图2 巷道掘进迎头喷雾装置布置示意图

2.2 转载点多层次喷雾除尘

多喷雾除尘装置布置如图3 所示，巷道转载点两侧共计布置3 组喷雾除尘装置，第一组位于转载点前方，增加煤体湿度，降低转载过程中粉尘产生量；第二组位于转载点上方，抑制转载过程中粉尘产生并减少转载过程中粉尘外溢量；第三组位于转载点后方1 m处并向转载点喷雾，阻止粉尘被风流或者输送带带出。通过3 组喷雾设备，降低转载点粉尘产量并将粉尘控制在较小范围内。

图3 转载点喷雾装置布置示意图

巷道用喷雾除尘装置参数为：喷雾压力2 MPa 以上；喷雾量265 L/min，其中掘进机喷雾量为148 L/min，一运及二运喷雾量均为58.5 L/min。

2.3 迎头控风除尘

在3506 运输巷迎头采用的控风除尘技术降低迎头粉尘外溢量，通过骨架风筒制作控风除尘系统，并通过侧面开口实现分风。除尘器置于转载机机尾跑道上，可满足巷道快速掘进需要；采用可伸缩柔性风筒或者刚性风筒，将集尘装置、除尘器连接，对含有高浓度粉尘气体进行净化。为提高长压短抽除尘效果，采用的集尘装置应尽量靠近粉尘点，具体在掘进迎头采用分体式吸尘罩，具体布置如图4 所示。

图4 除尘风机吸尘口示意图

在迎头布置的风筒出风量共计490 m3/min，其中径向、轴向出风量分别为420 m3/min、70 m3/min；除尘风机吸风量合计为415 m3/min，其中机面罩左一、右一吸风量分别为95 m3/min、80 m3/min；吸侧罩左二、右二吸风量分别为110 m3/min、130 m3/min。

3 现场应用效果分析

在3506 运输巷采用上文所述综合除尘技术后，现场粉尘治理取得较为显著的效果。具体迎头位置现场情况如图5 所示。

图5 掘进迎头现场情况

通过使用综合除尘技术，司机位置全尘、呼吸性粉尘浓度降低至55.8 mg/m3、132.5 mg/m3，粉尘浓度降幅超过82.3%、89.2%，操作司机视野清晰，可清楚掌握截割头破煤情况；采用的除尘系统结构简单，设备可靠性较强，不会给现场掘进作业人员工作带来干扰，同时不会增大作业人员劳动强度。

4 结语

3506 运输巷采用EBZ-220 悬臂式掘进机掘进，掘进进尺可达到380 m/月，巷道掘进速度快，掘进所在的5 号煤层本身含水率较低、煤层浸润性差，导致掘进迎头粉尘浓度较高。

依据掘进煤层及掘进迎头现场情况，提出综合采用喷雾除尘、长压短抽方式降低粉尘浓度。在综掘机悬臂、转载点位置均布置喷雾装置，从而减少产尘点粉尘产生量及外溢量；采用长压短抽除尘方式净化含高浓度粉尘气体，达到改善现场空气质量目的。经现场应用后，司机位置全尘、呼吸性粉尘浓度降低至55.8 mg/m3、132.5 mg/m3，粉尘治理效果较好。