探析豫西“三軟”煤層掘進工作面防塵技術

許春

摘 要：通過對鄭煤集團大平煤礦21091掘進工作面進風巷防塵技術的探索和總結。根據(jù)掘進過程中各個工序所產生的粉塵特點，分析、運用了一套針對豫西三軟煤層掘進工作面防塵技術有效的措施。通過現(xiàn)場的試驗和總結，改善了職工的作業(yè)環(huán)境，有效降低了粉塵濃度，為豫西“三軟”煤層掘進工作面安全高效掘進奠定了基礎。

關鍵詞：三軟；煤層；防塵技術；探析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.057

1 引言

煤塵是煤礦五大自然災害之一。礦井生產過程中高濃度的煤塵容易引起煤塵爆炸、更容易伴隨瓦斯爆炸造成煤塵二次爆炸等。掘進工作面正常生產期間煤塵易造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。過高濃度的粉塵嚴重威脅掘進工作面作業(yè)人員的職業(yè)健康；引起職工塵肺病；同時高濃度煤塵還減少了井下精密設備的使用壽命；影響現(xiàn)場作業(yè)人員視線，增加了現(xiàn)場操作事故的發(fā)生概率；降低了職工的勞動效率。

2 概況

鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司大平煤礦位于新密市與登封市交界地帶，為鄭煤集團公司骨干礦井之一。1986年建成投產，設計生產能力0.9Mt/a。礦井主采煤層為二1煤，二1煤層結構簡單，為黑色粉末狀，屬典型的豫西“三軟”不穩(wěn)定煤層，強度系數(shù)f=0.1～0.3。煤塵具有爆炸性，為Ⅲ類不易自燃煤層，采煤方法為走向（傾斜）長壁炮采放頂煤，混合式通風方式，通風方法為抽出式。礦井絕對瓦斯涌出量28.88m/min，相對瓦斯涌出量15.77m/t，屬煤與瓦斯突出礦井，最大瓦斯壓力1.23Mpa，最大瓦斯含量16.40m/t，煤層透氣性系數(shù)λ為0.767m2/Mpa2.d，瓦斯衰減系數(shù)α為0.04123d-1，堅固性系數(shù)平均0.22，放散初速度△P平均值15。井田總體形態(tài)為：軸向近東西，向東南傾伏的向斜構造，地質條件復雜，斷層較多，屬于煤與瓦斯突出礦井。

21091進風巷為煤巷，施工期間沿二1煤層底板掘進，21091進風巷擔任21091工作面進風、出煤任務，設計長度381m，設計服務年限18個月，根據(jù)周邊巷道實揭煤厚資料及鉆孔資料分析，煤厚5.5～9.0m， 平均煤厚6.0m，煤層產狀1820～1920∠16～27°，煤層呈黑色，玻璃光澤、粉末、碎塊狀，煤層直接頂為泥巖，厚3.85～ 10.35m，老頂為細中粒砂巖，厚9.43～10.98m；直接底為泥巖，厚6.46～6.7，老底為L9灰?guī)r，厚0.3m。巷道埋深297.4～313.2m，掘進范圍內地質構造中等，斷裂構造不發(fā)育，圖1，21091進風巷施工示意圖。

3 豫西“三軟”煤層掘進工作面防塵發(fā)展情況

豫西“三軟”煤層掘進工作面粉塵主要來自于放炮、刮板輸送機轉載、裝載機轉載、皮帶運輸機運煤及打鉆支護作業(yè)等工序。巷道中懸浮的粉塵68%左右源自放炮和轉載，因此放炮過程及轉載附近的煤塵控制及降塵對于實現(xiàn)就地控塵和降低整體巷道空間的粉塵濃度具有關鍵作用。同時掘進巷道作為獨頭巷道，難以形成循環(huán)風流，增大了通風降塵難度，粉塵依靠風流動力自工作面揚起擴散后彌漫在工作面后部整個作業(yè)空間，這是掘進工作面風流和粉塵揚散、移動狀態(tài)過程的特點。

目前常常采用的防塵技術方法主要有以下幾種：通過控制風筒出風口位置控制煤塵，通過對掘進煤層煤體進行注水等方式濕潤煤層減少煤粉的產生，依靠通風除塵器、各種噴霧系統(tǒng)、濕式作業(yè)等物理方法方式降低和除去懸浮在空氣中的煤塵。

4 幾種常用的有效措施

4.1 風筒出風口位置及風量

風筒出風口位置距工作面較近時，較大的出風口風量直接送至工作面煤墻，增加了工作面粉塵逸散能力，當風量較大或者出風角度不合理時，還可直接吹起小煤塊，嚴重影響作業(yè)現(xiàn)場人員視力范圍。當風筒出風口位置距工作面較遠時。出風口的風量送至煤墻不能及時排出作業(yè)現(xiàn)場中煤體釋放出的瓦斯，容易引起瓦斯超預警。因此，根據(jù)實際生產情況，在滿足《煤礦安全規(guī)程》對風量和風筒位置要求的情況下，將風筒出風口布置在距工作面5-7米的位置是較為合理的位置。

4.2 煤層注水

掘進期間必須制定專項注水設計或技術措施，根據(jù)煤層產狀、厚度布置注水孔數(shù)量和位置、參數(shù)，注水效果以煤壁濕潤或鄰孔出水為原則為準或現(xiàn)場用粉塵測定器測定。根據(jù)煤塵情況調整注水時間，若注水效果明顯時，可利用交接班期間進行注水，既達到了注水效果同時不影響掘進時間；若注水效果不明顯時，可每循環(huán)施工到位后，安排打閉子注水一班，延長注水時間提高注水效果，并安排專人做好記錄，分析總結注水情況。

4.3 放炮期間降塵

掘進期間每次放炮時炮眼內必須填充自封式水炮泥，水炮泥的充水量為200mL～250 mL，并堅持做到濕式作業(yè)，即放炮前、后灑水，出煤灑水等。

4.4 使用降塵水幕簾

為增加水幕的除塵效果，減少對掘進工作面現(xiàn)場環(huán)境的影響，在巷道距離工作面30-40米位置處設置降塵水幕簾，采用鐵質紗網制作水幕簾封鎖整個巷道斷面。利用現(xiàn)有除塵水幕，優(yōu)化噴嘴布置方式，采用環(huán)形布置，同時將水幕布置在兩層紗往中間，使巷道形成一道水幕網，水霧噴射到氣流中，通過的煤塵將被捕捉，同時水流自鐵網流下，形成水膜，很好的降低了煤塵。

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4.5 采用氣水聯(lián)動降塵

氣水聯(lián)動裝置主要由進水端口、進氣端口、氣水混合腔以及噴霧出口構成。其原理是一定壓力的氣體和水分別進入進水端口和進氣端口后，水流在高速氣流作用下破碎成包含大量微小氣泡的液體或液線，單股氣流和多股水流在氣水混合腔形成穩(wěn)定的氣泡兩相流動，混合體經噴嘴高速噴出時，由于體積膨脹和流動攪動作用，以及周圍空氣的卷入，水被霧化成許多微細的水粒，水利粒直徑大小即被霧化的程度取決于水和空氣的比例。在實際應用中通過閥門調節(jié)水壓和氣壓，使

水壓和氣壓達到最佳比例后，能夠有效起到降塵的效果而且影響范圍大、效果好。

4.6 轉載位置降塵

各轉載點必須設置手動或自動降塵設施，各個降塵設施要固定牢固、霧化良好，開關靈敏可靠，安裝噴嘴方向對準產塵源并距離合理，各轉載機頭降塵設施的管件，必須順巷道和支架方向保持橫平豎直，軟管加固間距200mm，只有確保降塵設施安裝位置合理才能實現(xiàn)有效降塵。因受井下作業(yè)現(xiàn)場惡劣條件和復雜作業(yè)工序的限制。水管管路中容易出現(xiàn)水垢、煤粒、鐵銹雜質等現(xiàn)象。當轉載點打開轉載噴頭一段時間后，常常出現(xiàn)噴霧噴頭失效不出水或滴水不噴現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象時要及時處理。

4.7 堅持定期沖塵和清掃粉塵

在施工地點必須常備50m的沖塵軟管，迎頭20m范圍內由施工隊負責每班至少沖刷一次，并填寫除塵記錄，其余地點每天至少沖刷一次，對于產塵量較大的作業(yè)地點，要縮短沖塵周期，保證不出現(xiàn)煤塵堆積現(xiàn)象。

4.8 其它

在采取以上措施的前提下，同時要做好個人防護工作，主要方法是佩戴防塵口罩，在培訓過程中要加強職業(yè)病危害教育，提過職工自我保護意識。井下增加檢查力度，多措并舉減少煤塵傷害。

5 效果分析

為了研究豫西“三軟”煤層掘進工作面粉塵的軌跡和濃度分布，根據(jù)粉塵濃度測定相關標準，結合工作面作業(yè)現(xiàn)場的實際情況，在掘進工作面行人道布置了采樣點，粉塵濃度測定使用的是濾膜質量法，采用粉塵采樣儀進行采樣，采樣時間均為兩分鐘流量為20L/min，采用后稱重計算得到粉塵濃度。

通過對大平煤礦掘進工作面采取煤層注水、降塵水幕簾、氣水聯(lián)動降塵等措施后，測量分析工作面粉塵濃度對比可知：21091進風巷正常生產期間總塵平均在150mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在50mg/m3左右，采取措施后總塵平均在65mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在22mg/m3左右，降塵效果明顯。距離工作面40米以外的粉塵濃度處于較低水平總塵平均在30mg/m3左右，其中呼吸性粉塵在10mg/m3左右，降塵水幕簾效果顯著。

6 結論

豫西“三軟”煤層掘進工作面正常生產期間煤塵產生量大，且分散度高，僅憑某一種防塵技術措施很難將煤塵濃度控制在相關規(guī)定范圍內，為了減少掘進工作面粉塵濃度，采取煤層注水、放炮降塵、沖洗巷幫、雙層水幕簾、轉載點降塵、氣水聯(lián)動等措施，并且通過不斷的解決現(xiàn)場應用中出現(xiàn)的問題，形成了較為高效的防塵技術體系，為井下作業(yè)環(huán)境提供了有力保障，為職工的身體健康作出了重要貢獻，為礦井的長治久安奠定了基礎。

參考文獻：

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