李本一

(晉能控股煤業(yè)集團 馬道頭煤業(yè)有限責任公司，山西 左云 037100)

粉塵是煤礦主要危害之一，據統(tǒng)計，礦井生產各環(huán)節(jié)中綜采面的產塵量占 45%～80%[1]。調查發(fā)現(xiàn)：主要產塵源處所產生的粉塵中，10 μm 以下的微細粉塵占很大比例，長期工作在高濃度粉塵條件下極可能引發(fā)塵肺病[2]。此外，高濃度煤塵還可能引發(fā)煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸事故，爆炸威力比普通瓦斯爆炸更強[3]。為了高效防治采煤工作面粉塵，本文以馬道頭煤礦8212采煤工作面為例進行綜合防塵技術研究，為其他采煤面防塵工作提供指導。

1 8212工作面概況

馬道頭煤礦位于山西省左云縣境內，大同煤田南部，隸屬于晉能控股煤業(yè)集團。礦井地質資源量為39.7億t，設計資源儲量為21.5億t，設計可采儲量為14.1億t，年設計生產能力為1 000萬t，礦井服務年限為94.3 a。8212工作面主要開采煤層為石炭系5號煤層，賦存較穩(wěn)定，總厚度為8.16～12.41 m，平均煤厚10.16 m，走向可采長度為600 m，傾向長度為258 m。

8212工作面采用雙滾筒采煤機割煤，采煤機滾筒擺動范圍為2.7～5.2 m，滾筒直徑2.3 m，截深0.8 m，牽引方式為齒輪銷軌式，最大牽引力771 kN，最大牽引速度30.2 m/min，裝機總功率1 715 kW，使用電壓等級3.3 kV。

2 8212綜采面粉塵濃度分布

為了高效治理工作面粉塵，首先對割煤過程中的粉塵分布情況進行了現(xiàn)場實測，以采煤機所在位置為原點，順風流方向為正向。結果如圖1所示?？梢钥闯觯趦煞N截割條件下粉塵濃度變化趨勢整體是近似的，采煤機下風向10 m處呼塵和全塵濃度均最高，隨距離增加，粉塵濃度快速降低而后趨近平緩。逆風時全塵濃度略低于順風狀態(tài)，但距采煤機較遠時，逆風狀態(tài)下全塵濃度呈現(xiàn)上升趨勢。

圖1 8212綜采工作面粉塵濃度分布

3 8212綜采面綜合降塵措施及效果分析

結合采煤機割煤過程中的粉塵濃度分布情況，制定了煤層注水、采煤機內外噴霧、凈化水幕簾、架間噴霧、回風巷轉載點噴霧的綜合降塵措施。

3.1 煤層注水

在8212工作面開采之前20 d組織煤層注水鉆孔施工，在回風巷從距開切眼200 m、朝巷口方向依次施工，進風巷從距開切眼285 m、朝巷口方向依次施工，如圖2所示。

圖2 煤層注水鉆孔布置示意

鉆孔孔徑為65 mm，注水方式采用單向超前長鉆孔注水，孔深不小于工作面傾斜長度的2/3，由于8212工作面屬特厚煤層，故將鉆孔深度確定為160 m，開口位置距地板1.5 m，鉆孔施工角度為4°，孔間距為10 m。每個鉆孔的注水量按公式(1)計算：

Q=LgBMp(W1-W2)K

(1)

式中：Lg為工作面長度，取258 m；B為鉆孔間距，取10 m；M為煤層厚度，取10.16 m；p為煤的容重，取1.45 t/m3；W1為注水后要求達到的水分，一般取4%；W2為煤層原有水分，煤層原有水分按1.8%計算；K為漏水備用系數(shù)，一般為1.05～1.08，取1.05。

單個鉆孔注水量計算結果為1 188 m3，最終確定在開展8212工作面煤體注水時，每個鉆孔的注水量為878.5 m3；考慮受地質條件等因素影響，每個鉆孔注水量可上下浮動20%，即702.8～1 054.2 m3。

3.2 噴霧與水霧簾

3.2.1 多點噴霧

利用采煤機機組自帶內、外噴霧裝置直接向滾筒割煤處噴射，在粉塵剛從煤壁上產生時迅速將其潤濕、沉降，達到從源頭治理粉塵的目的。割煤作業(yè)時內外噴霧同時開啟，內噴霧壓力設定為3 MPa，外噴霧壓力設定為5 MPa。噴頭霧化效果如圖3所示。在各液壓支架間安裝支架噴霧和放煤口噴霧裝置，其中放煤口噴霧噴射方向朝向落煤窗口。在工作面回風巷各轉載機、破碎機處安設噴霧裝置，并裝設有粉塵密閉罩，防止粉塵外溢。

圖3 噴頭霧化效果

3.2.2 捕塵凈化水幕簾

為了治理經過多點噴霧降塵后逃逸出來的粉塵和煤塊間相互碰撞產生的粉塵、二次揚塵，在工作面及進回風巷中設置多道捕塵凈化水幕簾，如圖4所示。在進風巷距進風口50 m范圍內設置1道捕塵凈化水幕簾、距工作面100～150 m范圍內設置1道捕塵凈化水幕簾；在回風巷距工作面50 m范圍內設置2道捕塵凈化水幕簾(間距大于5 m)、距回風口50 m范圍設置1道捕塵凈化水幕簾。凈化水幕噴頭迎風流方向，并與風流方向呈45°，開啟能覆蓋巷道全斷面；在割煤、放煤等作業(yè)時捕塵凈化水幕簾均可自行開啟。

圖4 捕塵水霧簾示意

3.3 降柱、移架和放煤時的防塵措施

除了采煤機割煤時產生的大量粉塵外，液壓支架的降柱、移架、放頂煤及采空區(qū)巖石移動過程中也會產生大量粉塵[4]；運煤過程中也產生煤塵。為進一步降低工作面煤塵濃度，每4 h沖刷一次支架浮塵，降柱、移架或放頂煤時對本架和上、下風側鄰架同步噴霧。放頂煤時，打開下風側放煤口噴霧打開，實現(xiàn)對煤塵的全過程治理。

3.4 粉塵治理效果

采用直讀式測塵儀測量工作面綜合降塵措施的治理效果。根據《煤礦井下粉塵綜合防治技術規(guī)范》行業(yè)標準里對采煤面粉塵測定地點的規(guī)定，在采煤機下風側10 m處、回風巷與工作面相距10 m處分別設定測塵點，采用兩臺直讀式測塵儀同時測定人員呼吸帶高度處的呼吸性粉塵和總粉塵濃度。根據《工作場所空氣中粉塵測定》規(guī)定，為了保證采樣數(shù)據準確高效，利用短時間采樣的辦法，采樣流量設定為20 L/min，采樣時間為15 min。測塵結果如表1所示。降塵率按照公式(2)計算[5]。

(2)

式中：μ為降塵率，%；c1為沒有降塵措施時的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

表1 各測塵點粉塵濃度

在沒有采用降塵措施時，采煤機割煤過程中產生了大量粉塵，采煤機下風側10 m處全塵平均濃度高達831 mg/m3，呼塵濃度高達429.4 mg/m3；在回風巷道距離工作面10 m處，全塵平均濃度為310.1 mg/m3，呼塵濃度為119.5 mg/m3。根據我國《煤礦安全規(guī)程》中關于粉塵允許濃度的規(guī)定，全塵最高僅為10 mg/m3，呼塵則為3.5 mg/m3，可以看出，8212工作面割煤產生的粉塵濃度遠遠高于《規(guī)程》允許值，將對工作人員的身心健康產生嚴重威脅。經過綜合降塵措施以后，采煤機下風側10 m處的全塵平均濃度降低至134.6 mg/m3，呼塵濃度降至84.5 mg/m3，降塵率分別為83.8%和80.3%；而回風巷距工作面10 m處全塵平均濃度降低至26.8 mg/m3，呼塵濃度降至11 mg/m3，降塵率分別為91.3%和90.8%.雖然絕對值未達《規(guī)程》規(guī)定，但已極大程度上降低了粉塵濃度，減少了粉塵的危害性。

4 結 語

對8212采煤工作面順風和逆風割煤時的粉塵濃度分布分析結果表明，采煤機下風向10 m處粉塵濃度最高，逆風狀態(tài)下全塵濃度略高于順風狀態(tài)。結合工作面實際，提出了以煤層注水和采煤機內外噴霧為主，以支架架間、放煤口、轉載機、破碎機等多點噴霧為輔的綜合防塵措施。現(xiàn)場實測結果表明，利用綜合降塵措施后，采煤機下風側10 m處的全塵和呼塵降塵率分別為83.8%和80.3%，回風巷距工作面10 m處全塵和呼塵降塵率分別為91.3%和90.8%，極大改善了工作面空氣環(huán)境，保障了工人身心健康。