综合降尘技术在综掘巷道中应用研究

＊吴永华

（晋能控股煤业集团正珠煤业有限公司 山西 032600）

综掘在提升巷道掘进效率、缓解矿井采掘接替紧张局面以及降低作业劳动强度等方面表现出显著优势，在煤矿井下应用较为广泛。综掘机截割头破煤岩时，受截割头冲击影响迎头产生大量的粉尘，同时掘进人员始终在掘进迎头内，高浓度粉尘会严重影响现场作业人员身体健康，仅采用通风降尘措施难以满足巷道迎头粉尘治理需要。为此，众多技术人员及研究人员对综掘巷道粉尘治理技术展开研究，文中就结合以往研究成果，并以山西某矿31107运输巷掘进为工程背景，采用现场实测法对巷道掘进期间粉尘分布情况进行分析，并针对性提出综合降尘技术措施，为巷道安全高效掘进创造良好条件。

1.工程概况

山西某矿设计产能为280万t/a，井田范围内可采煤层包括2#、3#、7#、11#、13#等，其中浅部的2#及3#煤层资源已回采殆尽，现阶段生产主要集中在7#及11#煤层。31107运输巷沿着回采的11#煤层底板掘进，煤层厚度均值3.9m、倾角2°～8°，煤层赋存稳定，煤质以优质的无烟煤，开采经济效益显著。11#煤层顶底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩以及细粒砂岩为主，具体岩性参数见表1。

表1 1#煤层顶底板岩性

31107运输巷为矩形断面，巷道净宽×净高=5.4m×3.9m，设计掘进长度为1820m，采用EBZ132综掘机+DWZY/1000/1000自移式机尾+CMM2-21锚杆钻车方式掘进、运行及支护围岩，巷道采用锚网索支护方式，全断面挂网。31107运输巷掘进期间采用2台型号FBDNO.7局部通风机+φ800mm风筒供风，供风量为525m3/min。受到掘进断面大、11#煤层原始含水率低等多因素影响，31107运输巷掘进期间粉尘质量浓度偏高，导致现在作业人员工作环境恶劣，不但制约巷道掘进效率而且存在较大的安全风险。

2.巷道粉尘分布特点分析

为掌握在31107运输巷粉尘分布特点，采用FCC-25粉尘采样器对不同位置粉尘质量浓度进行监测。在31107运输巷内左侧为用以运输煤矸等物料的带式输送机、右侧为通风风筒及行人通道，为精准的获取各位置粉尘质量浓度，在巷道内间隔25m布置一个测站，每个测站包括有4个测点（测点间距为1m，两侧测点与巷道间隔均为1.2m），实现巷道全断面粉尘质量浓度监测，具体运输巷内粉尘测站布置情况见图1。依据31107运输巷各测站粉尘质量浓度监测结果得到巷道内全尘、呼吸性粉尘分布情况以及呼吸性粉尘占比，从而掌握掘进巷道内粉尘分布情况。

图1 运输巷内粉尘测站布置示意图

（1）巷道内全尘分布特征。根据各测站粉尘质量浓度监测结果，绘制的运输巷内全尘分布曲线见图2。从图中看出，巷道现采用的除尘方式无法及时降低全尘质量浓度，巷道内各位置全尘质量浓度普遍偏高。随着与巷道掘进迎头距离的不断增加，全尘质量浓度快速增大，其中在靠近掘进迎头位置全尘质量浓度可超过450mg/m3，随着测点与巷道迎头间距增大，全尘粉尘质量浓度呈现快速降低趋势；在100m测点时全尘质量浓度降至105mg/m3，仅为掘进迎头位置前尘质量浓度的23.3%；与掘进迎头间距超过100m后巷道内粉尘质量浓度降幅不明显，其中在与巷道迎头间距400m时巷道内全尘质量浓度仍可达到49.3mg/m3，分析此部分粉尘主要来源于带式输送机运输的原煤。

图2 巷道内全尘分布曲线

（2）巷道内呼吸性粉尘分布特征。依据各测站粉尘质量浓度监测结果发现，随着与掘进迎头间距不断缩小，呼吸性粉尘质量浓度呈快速增加趋势，其中在掘进迎头位置呼吸性粉尘质量浓度可达到165mg/m3；在与迎头间距100m时呼吸性粉尘质量浓度仍可达到63.6mg/m3，与巷道迎头间距增至400m时呼吸性粉尘质量浓度为33.6mg/m3。具体巷道内各位置呼吸性粉尘与全尘比例统计结果见图3。在巷道内呼吸性粉尘质量浓度占比整体较高，特别是测站与掘进迎头间距超过150m位置后，分析主要是由于全尘沉降速度较快，而呼吸性粉尘具有比表面积大、体积小、质量轻等特点，可在空气中长时间悬浮并随着空气流动而不断移动，同时带式输送机在运输期间也会产生一定量的呼吸性粉尘。

从运输巷内粉尘质量浓度分布监测结果看出，由于31107运输巷掘进速度快、综掘机功率大以及截割断面大，导致掘进迎头位置粉尘质量浓度整体偏高，同时巷道转载、运输期间会产生一定量的粉尘，从而恶化巷道内环境质量。因此，应结合31107运输巷粉尘分布特征制定降尘技术措施。

3.综合降尘技术应用

针对31107运输巷掘进迎头粉尘产生量大、巷道内呼吸性粉尘质量浓度占比高、掘进现场环境恶劣等问题，为给运输巷综掘创造良好条件，结合现场情况提出综合采用掘进区域内煤层注水、综掘机高压喷雾降尘、长压短抽通风除尘、转载机及破碎机喷雾降尘等措施。

（1）掘进区煤层注水。增加煤层含水率可从根本上降低综掘机截割期间粉尘产生量，结合31107运输巷掘进期间钻场布置情况。提出在巷道两侧的钻场内向掘进区域煤体中布置钻孔，进行分段式深孔高压注水。在31107运输巷钻场内施工两个注水钻孔，钻孔开孔距离巷道底板均为1.5m，钻孔靠近巷道上部布置，钻孔孔深及注水深度统一为68m，孔径为83mm，在钻孔内下放分段式注水封孔器进行分段注水，具体钻孔内分段式注水封孔器结构组成见图4。通过巷道掘进迎头布置的注水钻孔，确保掘进区域内煤体含水率提升至2.8%以上，从而降低综掘机截割期间以及巷道上部落煤冲击产生的粉尘量。采用5BZ-2/16型动压注水机提高钻孔注水效果，实现高压注水。

图4 分段式注水封孔器结构图

（2）综掘机机载高压喷雾降尘。提高综掘机喷雾降尘效果可有效改善掘进迎头粉尘质量浓度高问题，为此结合EBZ132综掘机结构特征，在综掘机悬臂根部位置增加安装机载喷雾泵站、悬臂上增设外喷雾装置并通过高压胶管供水，提高截割期间综掘机喷雾除尘能力，具体现场布置情况见图5。

图5 机载高压喷雾降尘装置布置示意图

在综掘机悬臂上增设5个G型喷嘴，从而实现截割范围内全覆盖喷雾。依据现场情况将喷雾压力初步设定为6MPa并可依据喷雾除尘效果进行调整，通过高压喷雾形成降尘帷幕，减少截割期间粉尘外溢量。综掘机上增设的机载喷雾泵型号为BP25/8P，该喷雾泵具有性能可靠、体积小以及喷雾压力调节范围广等优点。具体在EBZ132综掘机增设的机载高压喷雾系统技术参数见表2。

表2 机载高压喷雾系统技术参数

（3）增设除尘风机。针对31107运输巷迎头粉尘质量浓度高问题，在巷道迎头采用KCG-600D干式除尘风机，该除尘风机额定处理能力可达到600m3/min，与巷道掘进迎头供风量接近，可有效改善迎头环境质量。

（4）破碎机、转载机及巷道内喷雾降尘。破碎机及转载点位置容易产生粉尘，因此抑制破碎机及转载点粉尘产生量并减少粉尘外溢量，可改善巷道内环境质量。依据31107运输巷内使用的破碎机特点，提出在破碎机上增设集尘罩，在集尘罩上布置有喷雾设备，在破碎机运行期间通过覆盖集尘罩减少粉尘外溢量，同时通过喷雾设备减少破碎机粉尘产生量。在转载点上增设喷嘴，实现转载点范围内喷雾降尘，从而抑制转载点位置粉尘产生量，同时通过喷雾可增加带式输送机上运输原煤含水率，从而减少运输期间粉尘量。

在距离掘进迎头30～50m范围内按照5m间隔布置两道自动控制的净化水幕，水幕采用ZPH-127红外装置控制，当监测到有行人通过时会自动停止喷雾；在净化水幕附近布置粉尘传感器，依据粉尘传感器监测结果实现净化水幕自动控制，从而提高净化水幕喷雾降尘效果。

4.现场应用效果

在31107运输巷采用综合降尘措施后，巷道掘进迎头环境质量得以明显改善、粉尘质量浓度明显降低。通过综合降尘措施后，掘进迎头掘进司机位置全尘、呼吸性粉尘质量浓度分别控制到29.6mg/m3、11.9mg/m3，粉尘治理取得较好效果。

5.总结

31107运输巷采用EBZ132综掘机掘进，受巷道掘进速度快、掘进断面大、煤层原始含水率低以及现有的除尘措施效果不明显等多因素影响，31107运输巷掘进迎头、巷道内粉尘质量浓度较高，从而制约巷道掘进效率并影响现场作业人员身体健康。采用现场测试法对运输巷内全尘、呼吸性粉尘分布情况进行分析，并结合现场粉尘分布特征，提出综合采用综掘机机载高压喷雾系统、煤层高压注水、产尘点（转载点及破碎机位置等）喷雾、巷道迎头净化水幕等方式进行综合降尘，并具体给出各降尘方式布置参数。现场应用后，31107运输巷掘进期间粉尘质量浓度大问题得以较好解决，现场监测发现掘进迎头综掘司机位置全尘、呼吸性粉尘质量浓度分别控制在29.6mg/m3、11.9mg/m3以内，现场采用的综合降尘技术取得较好应用成果。