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綜采工作面粉塵分布實(shí)測及降塵技術(shù)探析

文檔作者：陳榮柱譚聰謝中強(qiáng) 文檔來源： 1．平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦 2．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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第20卷第1期(總第122期)
2015年2月
煤礦 開采
COAL MINING TECHNOL0GY
Vo1．20No．1(Series No．122)
February 2015
綜采工作面粉塵分布實(shí)測及降塵技術(shù)探析
陳榮柱 ，譚聰 ，謝中強(qiáng)
(1．平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南平頂山467000；2．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083)
[摘要] 為了降低綜采工作面的粉塵濃度，對(duì)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦綜采工作面
各作業(yè)工序粉塵濃度進(jìn)行現(xiàn)場測定并分析，結(jié)果表明：割煤作業(yè)時(shí)滾筒附近粉塵濃度急劇增加，隨后
又迅速下降；移架作業(yè)時(shí)在移架點(diǎn)下風(fēng)側(cè)5 m粉塵濃度達(dá)到最大；轉(zhuǎn)載作業(yè)時(shí)在轉(zhuǎn)載點(diǎn)處粉塵濃度急
劇增加，隨后緩慢下降。針對(duì)目前粉塵控制方面的不足之處，結(jié)合各工序的產(chǎn)塵特點(diǎn)，提出了煤層注
水、降塵水幕、氣水噴霧等粉塵控制技術(shù)措施。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，所采取的粉塵控制技術(shù)效果顯
著，全塵降塵率達(dá)到了75．5％ ，呼塵降塵率達(dá)到63．8％。
[關(guān)鍵詞] 綜采工作面；粉塵分布；煤層注水；捕塵水幕
[中圖分類號(hào)]TD714．2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1006—6225(2015)01-13099—03
Dust Distribution M easurement of Full-mechanized M ining
Face and Dust Alleviation Technology
CHEN Rong-zhu ，TAN Cong ，XIE Zhong—qiang
(1．5th Mine of Pingdingshan Tian an Coal Co．，Ltd．，Pingdingshan 467000，China；
2．Civil＆Environment Engineering School，Bering University of Science＆Technology，Beijing 100083，China)
Abstract：In order to reduce dust concentration of full—mechanized mining face，dust concentration of every process of full—mechanized
mining face，5th Mine of Pingdingshan Tian'an Coal was measured．Analysis result showed that during coal mining，dust concentration
abruptly rose near the rollers of coal cutter and rapidly declined；during moving supports，dust concentration at 5m down from moving
point reached the maximum；in transiting，dust concentration at the transiting point sharply rose and then slowly declined．For the
problem in dust control，considering dust production characteristic of every process，water infusion in coal—seam，dust-reduction water
curtain and gas—water spraying were put forward．On-the—spot application showed that the effect of dust control technology was excellent．
All dust reduction ratio reached 75．5％ ．respirable dust reduction reached 63．8％ ．
Keywords：full·mechanized mining face；dust distribution；water infusion in coal—seam；dust—capturing water curtain
隨著煤礦生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高，井下生產(chǎn)所
產(chǎn)生的粉塵越來越大，特別是對(duì)人體危害比較大的
呼吸性粉塵濃度也大幅上升¨q J。粒徑在71xm以
下的呼吸性粉塵長時(shí)間在肺部積累極易形成塵肺
病，同時(shí)高濃度的煤塵還有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因
此，粉塵治理一直是科研工作者和礦山企業(yè)不斷研
究的重要課題 。
由于綜采工作面作業(yè)工序多、生產(chǎn)設(shè)備多、機(jī)
械化程度高、作業(yè)條件復(fù)雜、粉塵量較大，因此粉
塵控制工作難度也較大 。為此，結(jié)合平煤股份
五礦己 -23220綜采工作面的實(shí)際情況，通過現(xiàn)
場粉塵測定研究，分析現(xiàn)有防降塵措施存在的不
足，提出改進(jìn)方案，從而解決綜采工作面粉塵濃度
大的難題。
1 綜采工作面粉塵分布實(shí)測
根據(jù)GBZ／T 192．1-2007《工作場所空氣中粉
塵測定第1部分：總粉塵濃度》以及相關(guān)文獻(xiàn)中
的采樣點(diǎn)布置方法，確定平煤五礦己 ，-23220綜
采工作面采樣點(diǎn)的選擇和布置，分別測定綜采工作
面逆風(fēng)割煤、順風(fēng)割煤、移架、轉(zhuǎn)載等各作業(yè)工序
的粉塵濃度。如圖1至圖4所示。
(1)分析圖1和圖2可得，采煤機(jī)割煤時(shí)，
在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)5m (上風(fēng)側(cè)滾筒位置)至下風(fēng)側(cè)
20m范圍內(nèi)粉塵濃度較大。順風(fēng)割煤在采煤機(jī)下風(fēng)
側(cè)15m左右位置粉塵濃度達(dá)到最大，逆風(fēng)割煤在
采煤機(jī)中部粉塵濃度達(dá)到最大，最大值均在
1200mg／In 左右，嚴(yán)重超出了國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)呼吸
【收稿日期]2014—03—14 [DOI]10．13532／j．cnki．cnl1—3677／td．2015．O1．029
【基金項(xiàng)目]國家自然科學(xué)基金(51274024)：綜放工作面多塵源多場耦合機(jī)理及仿真模擬和控制方法的研究
[作者簡介]陳榮柱(1969-)，男，重慶云陽人，高級(jí)工程師，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦總工程師，從事煤礦安全生產(chǎn)、技術(shù)管
理、經(jīng)營管理方面的工作。
[引用格式]陳榮柱，譚 聰，謝中強(qiáng)．綜采工作面粉塵分布實(shí)測及降塵技術(shù)探析[J]．煤礦開采，2015，20(1)：99-101．
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總第122期 煤礦開采 2015年第1期
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— 20 一lO O lO 2o 3O 40 50 60 70 8o 90 100
離采煤機(jī)中部距離／m
圖1 逆風(fēng)割煤粉塵濃度沿程分布
j 10800 ：／＼
20 -10 0 10 20 3O 40 50 60 70 80 90 l00
離采煤機(jī)中部距離／n1
圖2 順風(fēng)割煤粉塵濃度沿程分布
·∞ 8o0 = 塞
600
l 40o／
2 =：=#
． ． ．
2o —lO O 1O 20 30 40 50 60 70 80 9o l00
離移架距離／m
圖3 移架粉塵濃度沿程分布
·
8o0 + 全塵濃度
60o
一呼塵濃度
科
400 鼉
辜200 = ： ：l ． ．。童I
20 —1O O lO 20 30 40 50 60 70 80 90 100
距轉(zhuǎn)載點(diǎn)距離
圖4 轉(zhuǎn)載和破碎時(shí)粉塵濃度沿程分布
性粉塵濃度較大，加重了粉塵對(duì)人體的危害。因
此，應(yīng)在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)20m范圍內(nèi)加強(qiáng)對(duì)粉塵的
控制。
(2)根據(jù)圖3可知，移架作業(yè)時(shí)，在移架點(diǎn)
下風(fēng)側(cè)5m范圍內(nèi)粉塵濃度急劇增加，最大達(dá)到
949．2mg／m ，隨后粉塵濃度又急劇下降，在5m范
圍內(nèi)下降到300mg／m 左右。移架作業(yè)粉塵粒徑相
對(duì)較大，呼吸性粉塵所占的比重相對(duì)較小。對(duì)于移
架作業(yè)最佳的降塵區(qū)間為移架點(diǎn)lOm范圍內(nèi)。
(3)從圖4可知，轉(zhuǎn)載點(diǎn)前后粉塵濃度變化
較大，從lOOmg／m 急劇增加到825．7mg／m 。主
要是由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在風(fēng)向拐角處，局部風(fēng)速較大，
對(duì)煤塊的吹揚(yáng)作用較為顯著。由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在綜采
100
工作面的進(jìn)風(fēng)口，其產(chǎn)生的粉塵隨風(fēng)流穿過整個(gè)工
作面，影響范圍較廣。因此，對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵的控制
也十分重要。
2 粉塵控制技術(shù)措施
根據(jù)現(xiàn)場測定結(jié)果及現(xiàn)有粉塵控制措施的調(diào)研
情況，結(jié)合綜采工作面現(xiàn)場實(shí)際條件，提出相應(yīng)的
改進(jìn)措施，并在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)施。
2．1 煤層注水
通過煤層注水提高煤體的含水率是減少綜采工
作面產(chǎn)塵的根本措施。煤層注水有短孔注水和長孔
注水兩種。短孔注水是在綜采工作面垂直煤壁打孔
注水，孔深只有幾米，注水工藝相對(duì)簡單，但對(duì)采
煤生產(chǎn)影響較大。長孔注水是在工作面進(jìn)風(fēng)巷和回
風(fēng)巷超前于工作面打長孑L注水，孔深一般為工作面
長度的2／3。長孔注水具有注水時(shí)間長、濕潤范圍
廣、與生產(chǎn)無干擾等優(yōu)點(diǎn)。為了能夠提高注水效
率，在水中加入十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸
鈉等表面活性劑，從而大大增強(qiáng)水溶液對(duì)煤體的濕
潤能力，使水溶液更好地沿著煤體的裂隙滲透。同
時(shí)采用動(dòng)壓注水，注水壓力大于8MPa，以達(dá)到最
佳注水效果。
2．2 轉(zhuǎn)載點(diǎn)降塵
轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在工作面的上風(fēng)側(cè)新鮮風(fēng)流中，其產(chǎn)
生的粉塵隨風(fēng)流貫穿整個(gè)工作面，因此對(duì)其產(chǎn)塵控
制也極為關(guān)鍵。在刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送
機(jī)等轉(zhuǎn)載點(diǎn)均采用半密閉罩封閉，在物料入口和出
口采用條形皮簾遮擋，防止粉塵逸散。同時(shí)，在各
個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)均設(shè)置3個(gè)噴嘴，噴嘴孔徑1．5mm，擴(kuò)
散角60。，供水壓力不低于2．OMPa。
2．3 采煤機(jī)噴霧
采煤機(jī)割煤是綜采工作面最大塵源。在實(shí)際生
產(chǎn)中，由于滾筒內(nèi)噴霧采用冷卻水，水壓較低，水
量不足，且噴嘴往往容易堵塞，霧化降塵效果極
差。但內(nèi)噴霧系統(tǒng)難以改進(jìn)，在此主要設(shè)計(jì)改進(jìn)外
噴霧裝置為主?，F(xiàn)有的外噴霧為中壓噴嘴，由于噴
霧水壓不穩(wěn)定，常常出現(xiàn)水壓過小，霧化效果較差
的現(xiàn)象。并且噴嘴安裝位置、噴射方向及噴嘴數(shù)量
都存在不合理之處。
結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)出了氣水霧化外
噴霧裝置，在采煤機(jī)前后兩搖臂上各安裝1套，每
套裝置5個(gè)氣水噴嘴，調(diào)整各個(gè)噴嘴的噴霧方向，
以達(dá)到覆蓋滾筒及其附近高濃度粉塵區(qū)域，如圖5
所示。該裝置所需水壓為2—3MPa，氣壓為
0．6MPa。現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明：該裝置霧化效果明
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陳榮柱等：綜采工作面粉塵分布實(shí)測及降塵技術(shù)探析 2015年第1期
顯提高，噴霧面積覆蓋范圍較廣，射程遠(yuǎn)且比較穩(wěn)
定，耗水量也得到降低，除塵率提高較大。
圖5 氣水霧化外噴霧裝置安裝示意
2．4 支架噴霧及捕塵簾
現(xiàn)有的支架噴霧存在噴射角度不合理，不能覆
蓋工作面全斷面，并且霧化水滴隨風(fēng)流飄散，造成
工作面水霧較大，影響工人正常工作。
為了提高移架降塵率，在每個(gè)支架均安裝自動(dòng)
噴霧裝置，并且與支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在
移架操作時(shí)其相鄰下風(fēng)側(cè)支架噴霧自動(dòng)開啟和關(guān)
閉。并且結(jié)合現(xiàn)場條件，選用扇形噴嘴，合理布置
噴射方向，實(shí)現(xiàn)全斷面覆蓋。
為了能夠降低工作面風(fēng)流中的霧滴和粉塵，在
工作面安裝3道捕塵簾。捕塵簾由柔性鐵鏈和專用
捕塵網(wǎng)組成，方便采煤機(jī)經(jīng)過時(shí)卷起和放下，安裝
示意如圖6所示。
2．5 進(jìn)回風(fēng)巷除塵水幕
圖6 液壓支架捕塵網(wǎng)安裝示意
巷道壁粉塵的吹揚(yáng)，造成工作面新鮮風(fēng)流中含有少
量粉塵。因此，在進(jìn)風(fēng)巷距工作面煤壁20～30m
范圍內(nèi)安設(shè)1道風(fēng)流凈化水幕。在回風(fēng)巷距工作面
煤壁50m，80m處各安設(shè)1道降塵水幕。為提高噴
嘴的霧化效果，所有水幕均采用氣水霧化噴嘴，噴
嘴沿頂板布置，噴霧范圍要求能覆蓋整個(gè)巷道。在
噴嘴下風(fēng)側(cè)5m安裝全斷面紗網(wǎng)，一方面可以捕獲
霧滴，防止較小霧滴隨風(fēng)流飄散太遠(yuǎn)而影響生產(chǎn)，
另一方面濕潤的紗網(wǎng)能再次捕獲風(fēng)流中的粉塵。
3 降塵效果分析
使用上述防降塵技術(shù)措施后，對(duì)綜采工作面各
工序粉塵濃度進(jìn)行了再次測定，如表1所示。通過
對(duì)比改進(jìn)措施前后粉塵濃度可知：改進(jìn)粉塵控制措
施后降塵效果顯著提升，全塵平均降塵率提高到
進(jìn)風(fēng)巷中由于膠帶運(yùn)輸過程中的抖動(dòng)和風(fēng)流對(duì) 75．5％ ，呼塵平均降塵率提高到63．8％。
表1 綜采工作面降塵效果對(duì)比
4 結(jié)束語
通過改進(jìn)粉塵控制技術(shù)，大大降低了綜采工作
面的粉塵濃度，有力地保障了井下工人的身心健康
和安全生產(chǎn)，但還未達(dá)到國家規(guī)定要求，需要在生
產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善相關(guān)技術(shù)措施。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)礦井
粉塵防治管理，建立健全相關(guān)規(guī)章制度，正確使用
和維護(hù)降塵設(shè)備設(shè)施，并且加強(qiáng)對(duì)職工的培訓(xùn)教
育，提高職工的防塵安全意識(shí)，使其掌握粉塵控制
的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)措施，從而全方位地做好綜采粉
塵控制工作，營造一個(gè)健康安全的井下工作環(huán)境。
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