综合除尘技术在全岩巷掘进工作面的应用

【摘 要】粉尘危害已经成为煤矿井下采掘作业中的一个重要问题；它对于煤矿工人的身体健康有着巨大威胁。文章以工程实例为背景，介绍了由空气幕封闭除尘、化学除尘两种除尘方式构成的全岩巷掘进面综合除尘技术，该技术具有很好的推广价值。

【关键词】综合除尘；全岩巷；掘进面

1 前言

随着煤矿机械化程度的不断提高，开采强度加大，综掘工作面的粉尘浓度也随之增大。根据现场调查，煤矿井下的粉尘主要来自采煤、掘进、运输等作业场所。据不完全统计，机械化采煤的矿井中70%～80%的粉尘是由采掘工作面产生的。据统计，目前国内综掘面的粉尘浓度在未采取措施时一般在1000～3000mg/m3，远远超过《煤矿安全规程》规定的10mg/m3，超标300多倍，不仅严重地威胁矿井的安全生产，而且还严重危害综掘面作业人员的身体健康。岩巷掘进工人接触的主要是含游离二氧化硅较高的岩石粉尘，即矽尘。这种主要由矽尘引起，而在病理上又有典型的矽结节改变的尘肺称为矽肺。矽肺是煤矿尘肺中最严重的一种，约占煤矿尘肺病例总数的20%～30%。为有效解决全岩综掘工作面粉尘浓度高的问题，完善目前的除尘技术，改善工作面环境，研制了全岩综掘工作面高效综合除尘技术，并在某煤矿进行了成功应用。

2 工程背景

某煤矿东区运输大巷全岩综掘工作面为直壁半圆拱形断面，巷道宽、高分别为4.80m、4.35 m，采用EBZ318 型掘进机施工，掘进工作面相对瓦斯涌出量为0.42 m3 /t，绝对瓦斯涌出量0.019 m3 /min，现场测定工作面无CO，无有毒有害气体，巷道周围煤尘爆炸指数为39.34%，有爆炸危险性。掘进过程中，工作面采用长压短抽的局部通风方式，安装FBD2 × 30 kW 高效对旋风机，压风口出风量为320 m3 /min 左右，可满足生产需要。

3 综合除尘技术的应用

全岩巷综掘工作面高效综合除尘技术主要由空气幕封闭除尘、化学除尘两种除尘方式构成。

3.1 空气幕封闭除尘技术

研制的全岩巷综掘工作面空气幕封闭除尘技术由控尘技术和抽尘净化技术构成，包括新型高分子材料轻质附壁风筒、除尘风机、抽风筒等组成。空气幕封闭除尘技术工作原理如图1 所示。

图1 空气幕封闭除尘技术工作原理

3.1.1 控尘技术

利用附壁风筒将原压风筒供给综掘工作面的轴向新鲜风流部分或全部改变为可吹至巷道周壁及整个巷道断面的径向风流，形成一新鲜风流空气幕，在除尘风机吸入含尘气流产生轴向速度的共同作用下，不断向综掘工作面推进，形成具有较高功能的且充满整个巷道断面的均匀气流，在掘进机司机前方构建起可阻挡掘进机截割产尘向外扩散的空气幕，将粉尘控制在司机前方的掘进头处，便于抽尘净化装置能将粉尘集中抽出净化，从而不外流，以提高综掘工作面的降尘效率。新型高分子材料制成长1.7 m，由附壁风筒内圆形挡板及风筒侧壁径向出风口控制压风筒风流方向。开启挡板，90%压风由径向出风口吹出，10%风流由轴向出风口吹出，从而形成覆盖整个巷道断面的空气幕。关闭挡板，风流则由压风筒的轴向出风口吹出。传统的附壁风筒为铁质或钢制材料，重量大，井下移动不便； 新型轻质附壁风筒阻燃、抗静电，总质量小于25 kg，是普通铁质或钢制附壁风筒质量的5% ～ 10%，可大幅减轻井下工人的劳动强度。新型高分子材料轻质附壁风筒距掘进头10 ～ 28 m。

3.1.2 抽尘净化技术

抽尘净化技术是将掘进头处的含尘风流通过掘进机前部吸尘口吸入除尘风机，粉尘在除尘风机内净化沉降。本文研制的全岩综掘工作面抽尘净化技术主要由抽风筒和除尘风机组成，抽出式风筒依靠现有抽出式风筒的悬挂装置布置在司机前方大于0.5 m 位置，除尘风机为KCS - 400 型湿式除尘风机，安设在综掘输送带上，依靠与伸缩输送带相连的轨道小车实现与随掘进机移动，在抽尘净化的同时，有效降低工人劳动强度。除尘风机出风口距截割头的距离控制在30 ～ 35 m。

3.2 化学除尘技术

因普通防尘用水的表面张力较高，不易将微细粉尘迅速、有效地包裹沉降，导致降尘效率不佳，根据该矿岩尘物理化学性质研制的新型喷雾化学除尘剂，可提高粉尘的沉降效率。该除尘剂由非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和无机盐按一定的比例配制而成，可直接添至水中使用。该喷雾化学除尘剂可达到以下指标：（1）表面张力≤30mN/m；（2）10 s 后的接触角为0°；（3）完全沉降0. 3 g 岩粉的时间≤10 s；（4）相对普通用水防尘，降尘率增加了约10%。为了实现喷雾除尘剂在防尘供水管路中的定量、连续添加，同时采用了新型电动式除尘剂添加装置，如图2 所示。该装置主要由储液罐、计量泵、脉冲缓冲器、流量计、Y 型过滤器、安全阀、水表、压力表、以及高压胶管等组成。储存在储液罐的除尘剂通过流量计、水表、Y 型过滤器进入计量泵，再通过计量泵加压后以比较高的压力经压水管路的阀门进入防尘用水中，与防尘用水充分混合稀释，用于工作面喷雾降尘。其中，流量计用于调节流量的大小；水表用于显示除尘剂的累积添加量； Y 型过滤器主要用于过滤除尘剂中杂质。同时，在管路中还安装有脉冲缓冲器，以消减计量泵工作时所产生的震动，缓解对管路和系统的冲击，缓冲器上配有压力表，用于显示投加管路的压力，便于计量泵的调节。

图2 电动式除尘剂添加装置

3.3 应用效果

表1 是综合除尘技术应用前后工作面的粉尘浓度对比表。

表1 全岩巷综掘工作面粉尘浓度测定结果

由表1 可见，东区运输大巷二采区轨道巷综掘工作面采用高效除尘技术后，工作面的粉尘浓度明显降低，除掘进头外，其他有人作业处，经测定全尘和呼尘的降尘率分别平均达到96. 8%和96. 4%，掘进机司机处及以后巷道中肉眼几乎不见粉尘，工作面有人作业区域粉尘浓度最大的司机处的全尘、呼尘浓度也分别降至15.4、9.5 mg /m3。

4 结束语

粉尘危害已经成为煤矿井下采掘作业中的一个重要问题；它对于煤矿工作的身体健康有着巨大威胁，还会减少机械设备使用寿命，可能引起瓦斯爆炸和粉尘爆炸等重大事故。实践表明，由空气幕封闭除尘、化学除尘构成的全岩综掘工作面高效综合除尘技术，除尘效果非常明显，具有很好的推广应用价值。

参考文献：

[1]程卫民，刘伟，聂文，等.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势[J].山东科技大学学报（自然科学版），2010（4）.

[2]龙正文.浅谈煤矿采掘工作中粉尘的危害和治理[J].城市建设理论研究，2011（16）.

作者简介：

刘长双（1976.11-），男，1999年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，工程师。