尚積軍，司衛(wèi)彬，曹黎銘，曹 凱

(1.新疆煤礦安全監(jiān)察局，新疆烏魯木齊830000;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)通風(fēng)防滅火研究所，江蘇徐州221116;3.徐州安云礦業(yè)科技有限公司，江蘇徐州221008)

我國(guó)煤炭從業(yè)人員數(shù)量大，職業(yè)病危害嚴(yán)重，特別以粉塵危害最為突出［1］，其主要威脅是導(dǎo)致塵肺病和粉塵爆炸事故［2－3］。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)塵肺病患者已超過(guò)百萬(wàn)，其中約50%為煤炭行業(yè)人員，每年因塵肺病死亡的人數(shù)遠(yuǎn)大于煤礦其他事故死亡人數(shù)的總和［3］。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)新疆煤炭開(kāi)發(fā)進(jìn)度的加快，高度綜合機(jī)械化設(shè)備在綜掘工作面得到廣泛應(yīng)用，在提高采掘接替和生產(chǎn)組織能力的同時(shí)，作業(yè)點(diǎn)粉塵濃度卻不斷增加［4－5］，加之防塵觀念、意識(shí)的淡薄，致使塵肺病發(fā)病率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。鑒于此，結(jié)合煤礦的實(shí)際情況，研究應(yīng)用綜掘工作面新的降塵技術(shù)，降低作業(yè)點(diǎn)粉塵濃度，對(duì)保障從業(yè)人員的身心健康和維護(hù)社會(huì)的和諧穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 綜掘面防塵現(xiàn)狀

應(yīng)用礦井綜掘面以?xún)?nèi)、外水噴霧的防塵系統(tǒng)為主，防塵水源、水質(zhì)、供水管路鋪設(shè)及水壓滿(mǎn)足要求。具體防塵措施要求如下:

(1)綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧完好，內(nèi)噴霧壓力P1≥3MPa，外噴霧壓力P2≥1.5MPa。各裝煤點(diǎn)和轉(zhuǎn)載點(diǎn)都安裝有合格的噴霧裝置，以降低產(chǎn)塵量。

(2)距工作面50m，80m各安裝1道水幕簾，并用ZP型礦用自動(dòng)噴霧感應(yīng)裝置控制，實(shí)行全斷面覆蓋降塵，工作面每掘進(jìn)30m，水幕及時(shí)移動(dòng)。水幕降塵裝置由框架、防塵網(wǎng)和弧形噴霧等部分組成?？蚣苡射摴芎附?，并進(jìn)行防腐處理，將防塵網(wǎng)固定在框架上，覆蓋整個(gè)斷面，并在弧形噴桿上安設(shè)7個(gè)與垂直方向成一定角度的噴頭，方向大致向掘進(jìn)工作面，見(jiàn)圖1。對(duì)感應(yīng)裝置設(shè)定自動(dòng)噴霧時(shí)的粉塵濃度，超限時(shí)，弧形噴霧自動(dòng)開(kāi)啟。

圖1 水幕降塵裝置示意

由于高強(qiáng)度綜合機(jī)械化作業(yè)，掘進(jìn)面粉塵濃度基數(shù)大，通風(fēng)降塵的能力非常有限且時(shí)間長(zhǎng);加之，掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧堵塞已全部失效;外噴霧距離塵源較遠(yuǎn)，噴嘴遇到大量煤矸容易堵塞，霧化效果較差，自身的降塵設(shè)備，沒(méi)有將粉塵降低到理想效果;雖然設(shè)置自動(dòng)防塵水幕，但由于掘進(jìn)速度快，職工防護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，造成水幕并未隨工作面的推進(jìn)及時(shí)移動(dòng)?，F(xiàn)有的防塵措施對(duì)保護(hù)職工身心健康效果甚微，粉塵危害形勢(shì)嚴(yán)峻，必須采取新技術(shù)以有效降低掘進(jìn)面的粉塵濃度［6］。

2 泡沫抑塵技術(shù)

高效泡沫抑塵技術(shù)從“主動(dòng)降塵”的理念出發(fā)，利用泡沫的濕潤(rùn)性、黏附性、覆蓋性，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割滾筒等塵源密集部位進(jìn)行全面包裹，從源頭上抑制粉塵的產(chǎn)生。其原理是采用小比例定量添加技術(shù)，將含量極少的發(fā)泡劑和水預(yù)混合，在壓風(fēng)作用下，通過(guò)發(fā)泡器產(chǎn)生豐富的低水抑塵泡沫，對(duì)截割頭等塵源進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)空隙的覆蓋和遮斷，抑制粉塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)高效抑塵［7－9］。綜掘工作面泡沫抑塵工藝如圖2所示。

圖2 綜掘工作面泡沫抑塵工藝

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

為考察泡沫抑塵技術(shù)的實(shí)際降塵效果，根據(jù)該礦塵源產(chǎn)生與防治現(xiàn)狀，工業(yè)性試驗(yàn)選擇在10106主運(yùn)巷綜掘面進(jìn)行。

3.1 工作面概況

10106綜掘工作面開(kāi)采9號(hào)煤層，該煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度賦存較穩(wěn)定，以半亮煤為主，瀝青光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育少許內(nèi)生裂隙，硬度較硬，局部性脆易碎，含黃鐵礦結(jié)核。煤層中含夾矸2～4層，夾矸為深灰、黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖。該綜掘面采用佳木斯EBZ200型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割裝載，巷道掘進(jìn)斷面18.2m2，巷道長(zhǎng)度2608m;采用FBD－NO 6.7/2×37kW型局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，風(fēng)量655m3/min，風(fēng)筒直徑800mm。

該綜掘面屬于典型的大斷面高硬度煤巷掘進(jìn)，由于煤層含水量較少、夾矸多且硬、煤層性脆較硬、工作面配風(fēng)量大，粉塵濃度在不采用任何防塵措施時(shí)高達(dá)790mg/m3，采用掘進(jìn)機(jī)噴霧之后粉塵濃度依然高達(dá)582.2 mg/m3。

3.2 泡沫抑塵工藝的確定

泡沫抑塵技術(shù)的核心是根據(jù)掘進(jìn)機(jī)具體型號(hào)設(shè)計(jì)可用螺絲孔固定泡沫噴頭的支架，以實(shí)現(xiàn)泡沫對(duì)塵源 (截割滾筒)的全包裹。由佳木斯EBZ200型掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，考慮利用固定外噴霧支架的螺絲孔固定左右兩側(cè)的噴頭支架，利用截割滾筒固定螺絲固定上側(cè)的噴頭支架，噴頭支架設(shè)計(jì)效果見(jiàn)圖3。

泡沫抑塵技術(shù)的關(guān)鍵是利用KPZ－0.2/0.4型礦用泡沫抑塵裝置，通過(guò)連接工作面的壓風(fēng)、供水管路，在負(fù)壓作用下，自吸式添加極少量發(fā)泡劑即可產(chǎn)生豐富降塵泡沫。利用DN51mm的高壓膠管將泡沫輸送至分配器，經(jīng)分配后的泡沫，通過(guò)支架上5個(gè)專(zhuān)用的弧扇型噴頭實(shí)現(xiàn)了對(duì)截割滾筒的全包裹，從源頭上抑制了粉塵的產(chǎn)生與擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)高效泡沫降塵，特別是呼吸性粉塵。

圖3 泡沫抑塵技術(shù)安裝示意

根據(jù)10106綜掘面空間狹小，作業(yè)工序繁多的現(xiàn)狀，改進(jìn)了泡沫抑塵裝置。同時(shí)，將該裝置安裝在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置，用強(qiáng)力磁性裝置吸附固定，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)時(shí)，根據(jù)粉塵量的大小開(kāi)啟和關(guān)閉風(fēng)、水聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫降塵裝置的控制［10］。該系統(tǒng)的安裝運(yùn)行既穩(wěn)定可靠，又不影響工人的正常作業(yè)。

3.3 應(yīng)用效果分析

泡沫抑塵裝備在10106綜掘面安裝完畢后，進(jìn)行了一系列工業(yè)性試驗(yàn)，保證在一定工況條件下正常運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試顯示，該降塵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如下:壓風(fēng)流量為50～70m3/h;耗水量0.5～0.8m3/h;發(fā)泡劑添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%～0.3%;發(fā)泡倍數(shù)30～40倍;泡沫量40～56m3/h。

為考察該技術(shù)實(shí)施后的實(shí)際粉塵濃度，根據(jù)測(cè)塵規(guī)范要求，在綜掘機(jī)司機(jī)處和回風(fēng)側(cè)綜掘機(jī)后5m處各布置了粉塵濃度測(cè)點(diǎn)，使用CCGZ－1000型直讀式粉塵儀分別測(cè)得了無(wú)措施時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度、噴霧降塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度、泡沫抑塵時(shí)全塵及呼吸性粉塵濃度。同時(shí)參考該礦已有的測(cè)塵數(shù)據(jù)，選取綜掘機(jī)司機(jī)處各種情況下有效數(shù)據(jù)3組并進(jìn)行對(duì)比分析，如表1所示。

表1 粉塵濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) (mg·m－3)

由表1可知，綜掘機(jī)司機(jī)處總粉塵、呼吸性粉塵濃度基數(shù)分別為790.0mg/m3，340.0mg/m3;采用噴霧措施后總粉塵、呼塵濃度分別降至582.2mg/m3，270.0mg/m3;采用泡沫抑塵技術(shù)后總粉塵、呼塵濃度分別降低至 121.7mg/m3，60.2mg/m3。泡沫抑塵技術(shù)對(duì)總粉塵和呼塵的降塵效率是噴霧降塵技術(shù)的3.22倍和4倍，見(jiàn)圖4。

圖4 綜掘機(jī)司機(jī)處降塵效率對(duì)比

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，泡沫抑塵技術(shù)實(shí)施后，工作面粉塵濃度得到大幅降低，迎頭能見(jiàn)度得到極大提高。工人可以清晰地看到掘進(jìn)機(jī)截割頭的截割情況，有利于巷道的成形，大幅提高了掘進(jìn)速度。由于耗水量極少，也有效避免了掘進(jìn)機(jī)因底板含水量過(guò)多造成損壞和沉陷。

4 結(jié)論

新疆礦區(qū)面臨著傳統(tǒng)防塵工藝不能滿(mǎn)足高機(jī)械化作業(yè)環(huán)境的窘境，且煤塵爆炸和塵肺病的發(fā)生呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，迫切需求新的降塵技術(shù)。高效泡沫抑塵技術(shù)的應(yīng)用，以及結(jié)合掘進(jìn)機(jī)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用泡沫弧扇噴頭和支架，能夠?qū)崿F(xiàn)泡沫對(duì)截割滾筒的全包裹。該技術(shù)有效降低了工作面粉塵濃度，大幅減少了防塵耗水量，能有效避免煤塵爆炸、塵肺病等災(zāi)害的發(fā)生。

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