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【摘 要】 针对综掘岩巷粉尘产生量大、喷雾降尘效果不佳等问题，本文提出综合使用综掘机外喷雾系统、空气幕封闭降尘技术以及化学降尘技术等对粉尘进行治理，并依据现场实际情况对各项技术现场布置方案进行设计。现场应用后，全尘、呼吸性粉尘浓度分别降低至15.4mg/m3、9.5mg/m3以内，粉尘降幅分别达到97.0%、96.3%。综合防尘技术应用后显著改善了掘进迎头环境质量。
【关键词】 综掘岩巷;粉尘治理;局部通风;除尘风机;空气幕
【中图分类号】 TD714 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）05-0009-02
综掘可显著提高岩巷掘进效率并降低作业人员劳动强度，但是掘进迎头粉尘产生量较炮掘方式明显增加。岩尘中具有较高含量的SiO2，会给迎头作业人员身体健康带来较大威胁并增加综掘设备磨损量。现阶段综掘巷道常用的除尘方式包括超前注水、抽尘净化、综掘机内外喷雾降尘等，但是受到应用条件限制，单一使用一种防治措施很难改善岩巷粉尘治理效果。本文以矿井13采区运输大巷掘进为工程背景，针对综掘岩巷粉尘产生特点，提出综合性粉尘治理技术，现场应用表明可有效降低综掘岩巷工作面粉尘浓度。
1工程概况
1.1掘进巷道概况
13采区运输大巷沿着开采的煤层底板下方约11.44m的泥岩顶板掘进，巷道顶板为细砂岩、底板为泥岩。
13采区运输大巷设计断面为矩形，净宽、净高分别为5100mm、4150mm，巷道净断面积为21.165m2，使用型号EBZ318（H）悬臂式综掘机破岩、皮带输送机出矸。
采用型号FBD2×30kW局部通风机、配合φ800mm风筒供风，掘进迎头风量约为320m3/min。
1.2 迎头粉尘现状
在13采区运输大巷掘进过程中产尘点集中在综掘机破岩时，由于岩体密度大、节理以及孔隙不发育，导致粉尘产生量明显高于煤巷，同时粉尘中呼吸性粉尘占比更高。挂有风筒一侧在风压以及风流作用下，将大量高浓度粉尘压至巷道顶底板以及另一侧位置;在局部通风作用下迎头粉尘会向外漂移，粉尘浓度由里向外呈逐渐增加趋势。
2岩巷粉尘高效治理技术
2.1 综掘机高效外喷雾系统
在截割悬臂上布置环形喷雾支架，在支架间隔一定距离安装8个高效雾化喷嘴，喷嘴与截割头间距控制在1.5m以内。喷嘴工作时形成的喷雾可形成抑制粉尘扩散的水幕，从而实现高效捕尘以及抑尘。具体综掘机悬臂上外喷雾系统布置见图1所示。
噴嘴是综掘机外喷雾系统重要结构单元，对喷雾降尘效果有显著影响。选择使用高效雾化喷嘴雾化技术参数为：可通过颗粒粒径≥2mm、雾滴表面积（加权）平均粒径≤75μm;2MPa水压时喷雾雾化角≥85°，8MPa水压时有效喷雾射程≥2m、消水量≤8L/min。
2.2 空气幕除尘
采用空气幕除尘技术可控制并降低掘进迎头粉尘，具体包括控尘技术以及抽尘净化技术，除尘设备包括有负压风筒、除尘风机、附壁风筒等，具体结构见图2所示。
2.2.1 控制粉尘外溢
采用附壁风筒将局部供风全部或者绝大部分改为吹至巷道断面及周壁的径向风流;在除尘风机吸入风流作用下在巷道迎头形成充满整个断面的并阻碍粉尘向外扩散的气幕，将截割头破岩时产生的粉尘控制在空气幕与迎头岩壁间，达到降低粉尘外溢目的，降低粉尘对综掘司机的影响并改善巷道内空气质量。
附壁风筒是形成径向新鲜风流气幕关键，传统的钢质或者铁质附壁风筒具有重量重、移动以及安全不方便等问题。而高分子附壁风筒具有质量轻、抗静电以及阻燃等特点，可大幅降低工作人员劳动强度，故而在巷道迎头使用。采用高分子材料附壁风筒对风流进行控制，现场使用的附壁风筒长度为1.7m，通过附壁风筒侧向出风口以及内部圆形挡板控制风流方向，打开圆形挡板后可将90%风流流向改为径向，剩余10%从轴向出风口排出;关闭圆形挡板后则风流100%由轴向排出。
2.2.2 抽尘净化
抽尘净化即为采用除尘风机、负压风筒等对空气幕控制的高浓度粉尘进行处理。将负压风筒入口位置布置在综掘司机前方0.5m以外处，风筒直径为500mm，除尘风机型号为KS-400。将除尘风机布置在带式输送机伸缩机尾处，随着带式输送机前移而向前移动，从而降低作业人员劳动强度;除尘风机与综掘机间间距控制在30～35m间。
2.3 化学除尘
喷雾降尘时普通软化水受到表面张力较高等因素影响，难以将细微的岩尘有效、快速包裹并沉降，从而导致喷雾降尘效果不佳。根据13采区运输大巷掘进时粉尘物SiO2含量高、颗粒小以及呼吸性粉尘占比高等特点，提出使用新型化学除尘剂进行降尘，采用的除尘剂主要由阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及无机盐等按照0.25%、0.15%、0.20%、0.10%而成。提出采用电动除尘剂添加装置实现新型化学除尘剂自动、连续添加，具体装置布置见图3所示。
电动除尘剂添加装置结构由计量泵、储液罐、流量计、安全阀、压力表、Y型过滤器等构成，存储在储液罐内的新型化学除尘剂通过Y型过滤器、流量计以及水表后进入到计量泵内，再通过计量泵加压将新型化学除尘剂注入到喷雾降尘用水中;Y型过滤器主要用于过滤新型化学除尘剂中大颗粒杂质，避免喷雾系统堵塞;流量计用以控制新型化学除尘剂添加量。
在喷雾降尘用水中添加新型化学除尘剂后，喷雾水表面张力≤30mN/m;沉降0.3g以内粉尘耗时≤10s;10s后接触角降低0°;相对于普通的软化水降尘效率提升10%以上。
3 综掘岩巷粉尘治理效果分析
综合防尘技术在13采区运输大巷掘进工作面进行现场应用，具体应用前后掘进迎头粉尘浓度测定结果见表1所示。
从表1中看出，采用综合粉尘防治技术后，掘进迎头位置粉尘浓度得以有效控制，除去掘进迎头外，其余工作人员活动范围内全尘、呼吸性粉尘综合降低率均值分别达到97.0%、96.3%;综掘机破岩过程中综掘司机位置全尘、呼吸性粉尘浓度分别控制在15.4mg/m3、9.8mg/m3以内，产生的粉尘不会影响巷道掘进，同时明显降低了粉尘对作业人员身体健康影响。
4总结
文章提出在综掘机悬臂上布置高效外喷雾系统，通过使用新型喷嘴将综掘机破岩过程中产生的粉尘控制在截割头附近，并降低粉尘外溢量;使用空气幕除尘技术将高浓度粉尘控制在综掘司机前方并使用湿式除尘风机对粉尘进行集中治理;使用化学除尘技术改善喷雾用水除尘效率。
在巷道现场应用后，掘进迎头位置全尘、呼吸性粉尘降幅分别为81.5%、81.8%，其余的作业人员频繁活动区全尘、呼吸性粉尘降幅分别为97.0%、96.3%，粉尘防治效果显著。
【参考文献】
[1]郝锦龙.半煤岩巷道综掘工作面除尘系统研究[J].山东煤炭科技，2020（9）：112-114.
[2]陈俊魁，吕生斌.岩巷综掘工作面粉尘治理成套技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济，2020（9）：23-24.
[3]郭海明.四明山煤矿9104运输巷综掘施工工艺研究[J].中国矿山工程，2020，49（2）：29-31，34.
[4]张彦宏.厚煤层大断面巷道快速掘进应用实践[J].中国矿山工程，2020，49（1）：42-44，48.
[5]赵鹏伟.综放工作面“一通三防”安全管理措施研究[J].中国矿山工程，2019，48（4）：33-35.
[6]李红长.煤矿岩巷综掘机施工综合防尘技术研究与应用[J].煤矿现代化，2016（2）：78-79，82.
[7]侯宏涛.回坡底煤矿岩巷综掘面粉尘分布规律研究[D].焦作：河南理工大学，2015.
[8]张小康，周刚.全岩巷综掘工作面高效综合除尘技术[J].煤炭科学技术，2013，41（8）：81-83.
【关键词】 综掘岩巷;粉尘治理;局部通风;除尘风机;空气幕
【中图分类号】 TD714 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）05-0009-02
综掘可显著提高岩巷掘进效率并降低作业人员劳动强度，但是掘进迎头粉尘产生量较炮掘方式明显增加。岩尘中具有较高含量的SiO2，会给迎头作业人员身体健康带来较大威胁并增加综掘设备磨损量。现阶段综掘巷道常用的除尘方式包括超前注水、抽尘净化、综掘机内外喷雾降尘等，但是受到应用条件限制，单一使用一种防治措施很难改善岩巷粉尘治理效果。本文以矿井13采区运输大巷掘进为工程背景，针对综掘岩巷粉尘产生特点，提出综合性粉尘治理技术，现场应用表明可有效降低综掘岩巷工作面粉尘浓度。
1工程概况
1.1掘进巷道概况
13采区运输大巷沿着开采的煤层底板下方约11.44m的泥岩顶板掘进，巷道顶板为细砂岩、底板为泥岩。
13采区运输大巷设计断面为矩形，净宽、净高分别为5100mm、4150mm，巷道净断面积为21.165m2，使用型号EBZ318（H）悬臂式综掘机破岩、皮带输送机出矸。
采用型号FBD2×30kW局部通风机、配合φ800mm风筒供风，掘进迎头风量约为320m3/min。
1.2 迎头粉尘现状
在13采区运输大巷掘进过程中产尘点集中在综掘机破岩时，由于岩体密度大、节理以及孔隙不发育，导致粉尘产生量明显高于煤巷，同时粉尘中呼吸性粉尘占比更高。挂有风筒一侧在风压以及风流作用下，将大量高浓度粉尘压至巷道顶底板以及另一侧位置;在局部通风作用下迎头粉尘会向外漂移，粉尘浓度由里向外呈逐渐增加趋势。
2岩巷粉尘高效治理技术
2.1 综掘机高效外喷雾系统
在截割悬臂上布置环形喷雾支架，在支架间隔一定距离安装8个高效雾化喷嘴，喷嘴与截割头间距控制在1.5m以内。喷嘴工作时形成的喷雾可形成抑制粉尘扩散的水幕，从而实现高效捕尘以及抑尘。具体综掘机悬臂上外喷雾系统布置见图1所示。
噴嘴是综掘机外喷雾系统重要结构单元，对喷雾降尘效果有显著影响。选择使用高效雾化喷嘴雾化技术参数为：可通过颗粒粒径≥2mm、雾滴表面积（加权）平均粒径≤75μm;2MPa水压时喷雾雾化角≥85°，8MPa水压时有效喷雾射程≥2m、消水量≤8L/min。
2.2 空气幕除尘
采用空气幕除尘技术可控制并降低掘进迎头粉尘，具体包括控尘技术以及抽尘净化技术，除尘设备包括有负压风筒、除尘风机、附壁风筒等，具体结构见图2所示。
2.2.1 控制粉尘外溢
采用附壁风筒将局部供风全部或者绝大部分改为吹至巷道断面及周壁的径向风流;在除尘风机吸入风流作用下在巷道迎头形成充满整个断面的并阻碍粉尘向外扩散的气幕，将截割头破岩时产生的粉尘控制在空气幕与迎头岩壁间，达到降低粉尘外溢目的，降低粉尘对综掘司机的影响并改善巷道内空气质量。
附壁风筒是形成径向新鲜风流气幕关键，传统的钢质或者铁质附壁风筒具有重量重、移动以及安全不方便等问题。而高分子附壁风筒具有质量轻、抗静电以及阻燃等特点，可大幅降低工作人员劳动强度，故而在巷道迎头使用。采用高分子材料附壁风筒对风流进行控制，现场使用的附壁风筒长度为1.7m，通过附壁风筒侧向出风口以及内部圆形挡板控制风流方向，打开圆形挡板后可将90%风流流向改为径向，剩余10%从轴向出风口排出;关闭圆形挡板后则风流100%由轴向排出。
2.2.2 抽尘净化
抽尘净化即为采用除尘风机、负压风筒等对空气幕控制的高浓度粉尘进行处理。将负压风筒入口位置布置在综掘司机前方0.5m以外处，风筒直径为500mm，除尘风机型号为KS-400。将除尘风机布置在带式输送机伸缩机尾处，随着带式输送机前移而向前移动，从而降低作业人员劳动强度;除尘风机与综掘机间间距控制在30～35m间。
2.3 化学除尘
喷雾降尘时普通软化水受到表面张力较高等因素影响，难以将细微的岩尘有效、快速包裹并沉降，从而导致喷雾降尘效果不佳。根据13采区运输大巷掘进时粉尘物SiO2含量高、颗粒小以及呼吸性粉尘占比高等特点，提出使用新型化学除尘剂进行降尘，采用的除尘剂主要由阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及无机盐等按照0.25%、0.15%、0.20%、0.10%而成。提出采用电动除尘剂添加装置实现新型化学除尘剂自动、连续添加，具体装置布置见图3所示。
电动除尘剂添加装置结构由计量泵、储液罐、流量计、安全阀、压力表、Y型过滤器等构成，存储在储液罐内的新型化学除尘剂通过Y型过滤器、流量计以及水表后进入到计量泵内，再通过计量泵加压将新型化学除尘剂注入到喷雾降尘用水中;Y型过滤器主要用于过滤新型化学除尘剂中大颗粒杂质，避免喷雾系统堵塞;流量计用以控制新型化学除尘剂添加量。
在喷雾降尘用水中添加新型化学除尘剂后，喷雾水表面张力≤30mN/m;沉降0.3g以内粉尘耗时≤10s;10s后接触角降低0°;相对于普通的软化水降尘效率提升10%以上。
3 综掘岩巷粉尘治理效果分析
综合防尘技术在13采区运输大巷掘进工作面进行现场应用，具体应用前后掘进迎头粉尘浓度测定结果见表1所示。
从表1中看出，采用综合粉尘防治技术后，掘进迎头位置粉尘浓度得以有效控制，除去掘进迎头外，其余工作人员活动范围内全尘、呼吸性粉尘综合降低率均值分别达到97.0%、96.3%;综掘机破岩过程中综掘司机位置全尘、呼吸性粉尘浓度分别控制在15.4mg/m3、9.8mg/m3以内，产生的粉尘不会影响巷道掘进，同时明显降低了粉尘对作业人员身体健康影响。
4总结
文章提出在综掘机悬臂上布置高效外喷雾系统，通过使用新型喷嘴将综掘机破岩过程中产生的粉尘控制在截割头附近，并降低粉尘外溢量;使用空气幕除尘技术将高浓度粉尘控制在综掘司机前方并使用湿式除尘风机对粉尘进行集中治理;使用化学除尘技术改善喷雾用水除尘效率。
在巷道现场应用后，掘进迎头位置全尘、呼吸性粉尘降幅分别为81.5%、81.8%，其余的作业人员频繁活动区全尘、呼吸性粉尘降幅分别为97.0%、96.3%，粉尘防治效果显著。
【参考文献】
[1]郝锦龙.半煤岩巷道综掘工作面除尘系统研究[J].山东煤炭科技，2020（9）：112-114.
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[3]郭海明.四明山煤矿9104运输巷综掘施工工艺研究[J].中国矿山工程，2020，49（2）：29-31，34.
[4]张彦宏.厚煤层大断面巷道快速掘进应用实践[J].中国矿山工程，2020，49（1）：42-44，48.
[5]赵鹏伟.综放工作面“一通三防”安全管理措施研究[J].中国矿山工程，2019，48（4）：33-35.
[6]李红长.煤矿岩巷综掘机施工综合防尘技术研究与应用[J].煤矿现代化，2016（2）：78-79，82.
[7]侯宏涛.回坡底煤矿岩巷综掘面粉尘分布规律研究[D].焦作：河南理工大学，2015.
[8]张小康，周刚.全岩巷综掘工作面高效综合除尘技术[J].煤炭科学技术，2013，41（8）：81-83.