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綜掘綜采工作面粉塵控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

文檔作者：王威丁可可文檔來(lái)源： 1．永城煤電公司城郊煤礦 2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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2011年第2期 能源技術(shù)與管理 103
doi：10．3969／j．issn．1672—9943．2011．02．040
綜掘綜采工作面粉塵控制技市t~,Ii／C與發(fā)展
王威 ，丁可可
(1．永城煤電公司城郊煤礦，河南永城476600；2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州221008)
[摘要] 隨著機(jī)械化程度的提高，生產(chǎn)強(qiáng)度的加大，煤礦井下產(chǎn)生的粉塵量也越來(lái)越多。為
有效地控制煤礦生產(chǎn)中的粉塵，進(jìn)一步提高工作面的環(huán)境質(zhì)量，在對(duì)粉塵來(lái)源、分
布規(guī)律、特性及危害進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，分別闡述了綜掘工作面及綜采工作面的降塵
方法，從而提出對(duì)粉塵控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的展望。
[關(guān)鍵詞] 綜采綜掘；粉塵危害；粉塵控制技術(shù)；通風(fēng)除塵
[中圖分類號(hào)]TD712+．4[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672_9943(2011)02 103 3
0 引 言
煤礦粉塵是礦井五大災(zāi)害之一，是安全生產(chǎn)
的大敵。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)煤礦始終貫徹黨的“安全
第一，預(yù)防為主”的方針，煤礦安全狀況得到了很
大改善。但由于種種原因，煤塵瓦斯事故始終沒(méi)能
杜絕。粉塵的危害仍然是煤礦安全存在的嚴(yán)重問(wèn)
題。因此，消除粉塵危害，杜絕煤塵事故，在采掘機(jī)
械化程度日益提高的今天，己成為煤礦安全生產(chǎn)
的迫切任務(wù)。
1 生產(chǎn)中粉塵的主要來(lái)源及分布規(guī)律
煤礦井下的粉塵主要來(lái)自采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)?
作業(yè)場(chǎng)所?。機(jī)械化采煤的礦井中70％～80％的
粉塵是由采掘工作面產(chǎn)生的。據(jù)實(shí)測(cè)，整個(gè)礦井從
人風(fēng)到回風(fēng)風(fēng)流中的粉塵含量為一條“山峰”曲
線，曲線的升降急緩與生產(chǎn)工序、生產(chǎn)強(qiáng)度有關(guān)。
一般情況下，進(jìn)入采區(qū)風(fēng)流的粉塵含量，在綜掘機(jī)
掘巷、機(jī)組割煤等工序時(shí)達(dá)到高峰，隨之即呈有規(guī)
律的衰減趨勢(shì)。
2 井下粉塵的特性與危害
煤礦井下粉塵是指在煤礦生產(chǎn)中產(chǎn)生的微細(xì)
煤塵和巖塵的總稱 。煤礦井下粉塵特性：粉塵表
面吸附一層空氣薄膜，阻礙粉塵間或水滴與粉塵
間的凝聚沉降；粉塵的分散度增大，吸附在其表面
的氧分子增多，加快了粉塵氧化分解過(guò)程；細(xì)微巖
塵由于表面積增大，巖塵中的游離一氧化硅很容
易溶解于人體肺細(xì)胞中；采掘工作面產(chǎn)生的新鮮
粉塵較回風(fēng)道中的粉塵易帶電。
由于粉塵具有這些特性決定了以下危害：易
引起塵肺；易引起燃燒和爆炸；高濃度粉塵能加速
機(jī)械磨損，縮短精密儀器的使用壽命。
3 綜掘工作面除塵
3．1 綜掘工作面快速短壁注水
根據(jù)工作面煤層厚度，一般在工作面平均布
置2～4個(gè)注水孔，孔深一般以工作面循環(huán)進(jìn)度為
準(zhǔn)，利用施工地點(diǎn)的高壓防塵水和封孔器進(jìn)行高
壓注水，注水時(shí)間以工作面迎頭煤壁出現(xiàn)滲水或
與煤層裂隙導(dǎo)通時(shí)為止，此方法對(duì)預(yù)濕煤體，提高
煤體水分非常有效，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，注水后煤體水
分可增加約1．0％，有效的降低了工作面割煤時(shí)的
粉塵濃度。
3．2 凈化風(fēng)流
向工作面供給的新鮮風(fēng)流中，粉塵濃度不應(yīng)
大于0．5 mg／m。，否則就要采取凈化風(fēng)流的措施 。
掘進(jìn)工作面常用風(fēng)流凈化器作為凈化人風(fēng)風(fēng)
流的防塵器具，其結(jié)構(gòu)如圖1所示 。當(dāng)含塵風(fēng)流
經(jīng)導(dǎo)風(fēng)筒進(jìn)入凈化器后，部分粉塵遇水滴濕潤(rùn)沉
降。由于風(fēng)葉片5的旋轉(zhuǎn)攪拌，增加了塵粒與水滴
碰撞、凝并的效果，并在離心力的作用下部分塵粒
被甩向器壁，并掉人集水箱7。部分塵粒和大量的
霧滴隨風(fēng)流繼續(xù)運(yùn)動(dòng)被百葉板8攔截，并進(jìn)一步凈
I ， 4 6 7 R
1．慮流器；2．風(fēng)筒連接卡；3．殼體；4．給水環(huán)及噴霧器；5．風(fēng)葉片；
6．U形鐵管；7．孑L板式集水箱；8．百葉板
圖1 風(fēng)流凈化器外形結(jié)構(gòu)示意圖
104 王威，等綜掘綜采工作面粉塵控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展 2011年第2期
化和脫水，凈化后的風(fēng)流又沿導(dǎo)風(fēng)筒供給工作面。
3．3 通風(fēng)除塵
綜掘作業(yè)過(guò)程中，產(chǎn)塵量過(guò)大，雖然采取了除
塵措施，但仍然有一定的粉塵長(zhǎng)期懸浮于空氣中，
很難降下來(lái)。如果繼續(xù)作業(yè)，工作面的粉塵濃度將
越積越大，粉塵污染更為嚴(yán)重。通風(fēng)除塵可以不斷
稀釋和排出工作面空間的粉塵，凈化工作面。通風(fēng)
除塵系統(tǒng)采用長(zhǎng)壓短抽有控循環(huán)氣流的通風(fēng)除塵
系統(tǒng)[ ，如圖2所示。
圖2 有控循環(huán)氣流長(zhǎng)壓短抽方式風(fēng)流狀態(tài)圖
壓人風(fēng)筒沿巷道全長(zhǎng)布置，抽出風(fēng)筒與除塵
風(fēng)機(jī)定期隨工作面延伸，每間隔50—100 m前移。
抽出風(fēng)筒一般長(zhǎng)50 60 m。壓人風(fēng)筒采用附壁風(fēng)
筒，如圖3所示。末端距工作面10～15 m，吸出風(fēng)
筒口超前壓人風(fēng)筒口，距工作面3～5 m，壓抽風(fēng)量
比為小于1。由于壓入風(fēng)流有效射程長(zhǎng)，吹掠能力
強(qiáng)。巷道回風(fēng)斷面大，有利于爆破瞬間涌出的大量
瓦斯快速排除，保證工作面安全生產(chǎn)。
圖3 附壁風(fēng)筒風(fēng)流狀態(tài)圖
該系統(tǒng)是在綜掘巷道中同時(shí)使用壓人式通風(fēng)
和抽出式通風(fēng)，并在抽出式風(fēng)筒上安裝除塵器。一
方面通過(guò)風(fēng)筒向工作面壓人新鮮風(fēng)流，另一方面
又將含有大量粉塵的污風(fēng)吸走。并通過(guò)除塵器加
以凈化，從而改善整條巷道的作業(yè)條件。
該系統(tǒng)較普通的長(zhǎng)壓短抽系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：
原方案的設(shè)計(jì)是在考慮禁止使用循環(huán)風(fēng)的條件下
進(jìn)行的，故壓入風(fēng)量Q。大于吸風(fēng)量Q 。這樣就迫
使一部分“過(guò)?！憋L(fēng)量AQ=Q。一Q 直接從工作面沿
巷道向外排出，它不僅帶走了大量的粉塵，而且污
染了整個(gè)回風(fēng)系統(tǒng)。
此方案設(shè)計(jì)時(shí)，要求壓入風(fēng)量p’。小于吸風(fēng)
量p。 。由于壓人風(fēng)量不能滿足吸風(fēng)量的要求，所
以，在吸風(fēng)口形成的負(fù)壓作用下，迫使抽風(fēng)機(jī)出口
風(fēng)流折返一部分風(fēng)量A p’，補(bǔ)充吸風(fēng)口風(fēng)量的不
足。這樣使壓風(fēng)筒與抽風(fēng)筒重疊部分的風(fēng)流從抽
風(fēng)機(jī)的出口處向綜掘面流動(dòng)，避免了含高濃度粉
塵的氣流向外排放造成污染。補(bǔ)充的“循環(huán)”氣流
與壓人風(fēng)流混合，清洗工作面后形成的污風(fēng)全部
被除塵風(fēng)筒吸人，并進(jìn)行凈化處理，同時(shí)也消除了
不穩(wěn)定渦流區(qū)在工作面附近形成的可能。
4 綜采工作面除塵
4．1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
采煤機(jī)割煤時(shí)，其產(chǎn)塵量的大小與截割滾筒
結(jié)構(gòu)參數(shù)，如滾筒的截深、轉(zhuǎn)速，截齒的結(jié)構(gòu)、鈍銳
性、布置方式和采煤機(jī)的牽引速度等密切相關(guān)，采
用改變截齒的結(jié)構(gòu)型式，達(dá)到降塵效果[ 。
(1)采煤機(jī)選用鎬形截齒。采煤機(jī)所采用的
截齒可分為刀形截齒和鎬形截齒兩大類。鎬形截
齒較刀形截齒有以下特點(diǎn)：①對(duì)裂隙較發(fā)育的脆
性硬煤，鎬形截齒比刀形截齒產(chǎn)塵量要少；②鎬形
截齒是沿滾筒切向安裝的，相對(duì)于徑向安裝的刀
形截齒，其截割機(jī)理有所改進(jìn)，可減少粉塵的產(chǎn)
生，濃度降低約20％；③鎬形截齒可繞其軸線自
轉(zhuǎn)而具有自動(dòng)磨銳性能，從而增加了截齒的壽命。
(2)截齒的參數(shù)選擇。①選用深銳截齒。因?yàn)?
深截齒對(duì)煤的破碎及煤塵的產(chǎn)生較淺截齒效果好
的多，鈍截齒會(huì)產(chǎn)生大量煤塵且大量消耗截割功
率；②減少齒數(shù)，增大齒距。截齒太多會(huì)導(dǎo)致因截
深太淺而產(chǎn)生大量煤塵，采煤機(jī)滾筒的振動(dòng)或空
轉(zhuǎn)，且導(dǎo)致破碎程度太高。
4．2 增強(qiáng)采煤機(jī)的噴霧方式
原噴霧方式具有以下缺點(diǎn)：①內(nèi)噴霧水量不
足，噴水壓力較低；②噴嘴較易堵塞，控制粉塵效
果差。在增設(shè)了加壓泵后降塵效果大大改善。
當(dāng)噴霧逆風(fēng)的時(shí)候，采煤機(jī)前端產(chǎn)生強(qiáng)烈的
渦流而使?jié)舛容^高的粉塵擴(kuò)散到采煤機(jī)司機(jī)處，
降低降塵效果且影響工人健康。為此，取消原設(shè)置
在搖臂頂部的噴嘴，對(duì)外噴霧的布置方式和霧流
方向進(jìn)行了改進(jìn)，利用噴霧引射的方法，迫使這些
含塵氣流沿煤壁流動(dòng)，并在引射噴霧和跟蹤噴霧
的作用下進(jìn)行有效的降塵。
4．3 液壓支架工作中的降塵措施
綜采工作面液壓支架的支護(hù)作業(yè)，是又一個(gè)
主要的產(chǎn)塵源。移架作業(yè)所產(chǎn)生的粉塵受多種因
素影響，但最主要的是直接頂板的條件。在移架作
業(yè)(降柱、拉架、升柱)過(guò)程中，產(chǎn)塵點(diǎn)多，產(chǎn)塵量大，
2011年第2期 能源技術(shù)與管理 105
分散度高。粉塵的產(chǎn)生部位主要是處在工作面風(fēng)
流通道中的支架前半部的架間位置，產(chǎn)生的粉塵
在風(fēng)流作用下極易擴(kuò)散。
針對(duì)這些狀況，對(duì)支架原噴霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行
了改進(jìn)，使移架和放煤時(shí)的噴霧降塵，與操縱支架
動(dòng)作的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，即在降、拉移、升支架
時(shí)，就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴霧，及時(shí)有效地捕集粉塵，而
又不增加操作工序。改進(jìn)后噴霧系統(tǒng)分為架前噴
霧部分和架后噴霧部分。
4．4 水幕凈化風(fēng)流
在回采工作面的進(jìn)回風(fēng)巷分別安設(shè)2道凈化
水幕，使霧化的水霧充斥整個(gè)巷道斷面，進(jìn)一步捕
集回風(fēng)流中的粉塵、避免粉塵擴(kuò)散。設(shè)置的第一道
水幕距工作面1O～20 m，并定期前移，第一道水
幕距進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷10～20m。
4．5 其他降塵措施
(1)通風(fēng)除塵。采煤工作面浮游粉塵的形成
和擴(kuò)散受工作面風(fēng)速和運(yùn)動(dòng)形式影響，決定通風(fēng)
除塵效果的主要原因是風(fēng)速。當(dāng)采煤機(jī)組與其配
套的液壓支架以及工作面通風(fēng)系統(tǒng)確定之后，工
作面的斷面和相應(yīng)的風(fēng)速就確定下來(lái)看，此時(shí)如
果風(fēng)速過(guò)低，微細(xì)粉塵不易排除；過(guò)高則落塵會(huì)被
吹起，將增大空氣中的礦塵濃度，最佳排塵風(fēng)速一
般為1．5—4．0m／s。
(2)空氣幕防塵。空氣幕隔塵是一種氣幕隔
斷阻塵，氣幕的作用相當(dāng)于在采煤工作面與煤壁
側(cè)中間形成一道“無(wú)形透明屏障”，安裝在采煤機(jī)
上，以阻止工作面割煤過(guò)程中粉塵向采煤機(jī)司機(jī)
處擴(kuò)散，尤其是阻止粒徑小于5 m呼吸性粉塵
向司機(jī)處的擴(kuò)散，可以保證采煤機(jī)司機(jī)處空氣的
新鮮，為綜采工作面司機(jī)創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。
(3)抽塵凈化。最有前途的空氣除塵方法是
吸塵，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以防止各種粉塵首先是最
細(xì)浮游粉塵的擴(kuò)散和傳播。抽塵凈化即吸入含塵
空氣，然后在空氣凈化裝置上捕塵。設(shè)備有：微型
旋流集塵器；過(guò)濾除塵器；水力洗滌器；工作面回
風(fēng)流的除塵器除塵。
(4)泡沫除塵。泡沫除塵是用專門(mén)的泡沫發(fā)
生裝置向塵源噴射泡沫，剛剛生成的粉塵被無(wú)間
隙泡沫覆蓋得以濕潤(rùn)，失去飛揚(yáng)能力。泡沫除塵同
噴霧灑水除塵相比，其耗水量減少一半以上。這種
除塵技術(shù)在美國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭等國(guó)家得到廣泛應(yīng)
用，并己研究出定型的符合安全衛(wèi)生和使用要求
的廉價(jià)發(fā)泡劑和泡沫除塵配套系列設(shè)備。泡沫除
塵適用于塵源較固定的作業(yè)地點(diǎn)，如綜采機(jī)組、皮
帶運(yùn)輸機(jī)等，一般除塵率可達(dá)90％以上。
5 粉塵控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
近幾年來(lái)，我國(guó)在粉塵防治方面取得了很大
進(jìn)步，新技術(shù)、新工藝、新方法、新設(shè)計(jì)、新產(chǎn)品、新
材料不斷推出，但與現(xiàn)場(chǎng)需求還有差距，下一步應(yīng)
重點(diǎn)從以下方面研究和開(kāi)發(fā)：①應(yīng)加強(qiáng)研究物理
化學(xué)防塵技術(shù)。如探討超聲波除塵、電離水除塵、
微生物除塵、聲波霧化除塵等技術(shù)。②改進(jìn)現(xiàn)有煤
層注水工藝水平。根據(jù)綜采工作面具體情況，選擇
合理鉆孔布置方式、封孔工藝、注水方法及注水設(shè)
備，從而達(dá)到最佳注水效果，實(shí)現(xiàn)防塵、降塵的目
的。③支架防塵方面。液壓支架、放煤口噴霧目前
還停留在低壓上面，今后的工作將重點(diǎn)放在向中、
高壓噴霧降塵的研究和應(yīng)用上面。④需要大力研
制各種設(shè)備如高效低能耗實(shí)用新型除塵器，適應(yīng)
礦山特點(diǎn)的空調(diào)器。除塵系統(tǒng)、凈化設(shè)備應(yīng)向系統(tǒng)
化、大型化、智能化、節(jié)能型方向發(fā)展。
6 結(jié)論
采用長(zhǎng)壓短抽有控循環(huán)氣流通風(fēng)除塵系統(tǒng)，
完全可以避免以往通風(fēng)除塵系統(tǒng)中存在的缺陷，
進(jìn)一步提高除塵效果；通過(guò)健全防塵管理機(jī)構(gòu)，建
立防塵隊(duì)伍，健全防塵管理制度提高粉塵防治技
術(shù)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有重要意義；“個(gè)體防護(hù)”作為
防止粉塵進(jìn)入人體的最后一道防線，對(duì)保障職工
免受塵害是非常重要的。
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[作者簡(jiǎn)介]
王威(1989一)，男，河南永城人，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
采礦工程專業(yè)，現(xiàn)工作于永城煤電公司城郊煤礦。
『收稿日期：2010—11—251

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