综掘工作面综合防尘治理配套技术的应用与探索

冯自宇

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿，宁夏银川751400）

摘要 本文针对梅花井煤矿坚持综合防尘治理理念，明确井下防尘管理标准、装备标准，从综掘工作面迎头、喷浆支护作业、运输转载点、巷道风流净化、喷雾设施改造等粉尘治理源头和重点环节着手，实施“分源、分界、分责”治理原则。在综掘工作面实施除尘风机“长压短抽”控风除尘、综掘机高压喷雾除尘、转载点封闭除尘、湿式喷浆除尘、自动纱网捕尘、巷道风流净化、喷雾装备自动化控制等综合粉尘治理技术。通过现场实践中有益的应用与探索，将上述管理经验和应用技术有机组合、合理布局、系统性集成，实现了对症下药、源头防控、持续改进，已形成适合该矿综掘工作面综合防尘治理的配套装备技术，防尘效果显著，有推广意义。

关键词 综掘工作面 综合防尘 成套技术 应用与探索

梅花井煤矿为低瓦斯矿井，核定生产能力1200万吨/年。矿井采用斜井、立井混合开拓方式，矿井主运输系统全部采用胶带运输，辅助运输系统采用无轨胶轮车运输，采掘工作面是井下主要产尘源头，也是作业人员最多的作业场所，是粉尘防治的重中之重。该矿井下掘进大部分为长距离综掘工作面，掘进距离一般为3000~5500 m，且多为半煤岩、煤巷掘进，井下采掘作业点多，产尘环节多。为切实加强矿井粉尘防治工作，进一步降低作业现场粉尘浓度，提高粉尘治理效果，改善员工作业环境，建设粉尘治理示范矿井，本矿多次组织人员外出考察调研，不断提升粉尘治理新理念。坚持“粉尘防治、源头治理”思路，积极推广应用先进、有效的粉尘治理技术装备，通过应用与探索，总结出了一套适应本矿生产实际的综掘工作面粉尘治理成套应用技术，并在全矿经所有采掘工作面得到推广应用，使井下掘进工作面粉尘浓度大幅度降低。

1坚持理念，明确管理标准和装备标准，构建粉尘治理长效机制

坚持以“生命高于一切，健康重于一切”和“在岗位上消灭尘肺病”理念为引领，以推进职业安全健康型“绿色矿山”为目标，突出顶层设计，上下高度重视，全员共建、持续改进、创新发展，依靠科技进步，采取强力措施，以软件硬件为支撑，打造粉尘治理标杆矿井，构建“系统可靠、设施齐全、源头治理、管理到位”的矿井综合防尘体系。

1.1健全完善粉尘治理管理体系和管理标准

成立以矿长为组长、总工程师为常务副组长的粉尘治理领导小组，粉尘治理工作由通防部牵头，各专业部室分管、基层区队实施、现场岗位人员维护管理，形成“党政主抓，专人负责”的立体化管理网络，以全员参与为保证，实行“谁使用、谁负责”、“谁造粉尘、谁治理”的原则，实行“分源、分界、分责”的三分管理，同时提出“人人都是防尘员”号召，每个岗位、每个人员、每个地点都有明确的防尘标准和综合防尘岗位责任制，明确责任单位、责任人和责任范围，落实工作分工，达到无缝隙管理，全员参与、齐抓共管。

1.2完善《矿井综合防尘管理制度》，细化综合防尘设施装备标准，实施规范化管理

从构建矿井防尘供水系统和明确每道防尘设施的职责划分、制作要求、安装位置、数量、安装标准、控制方式、排水保障入手，明确了防尘设施装备标准，而且规范各作业地点防尘设施日常管理，安装维护职责及使用要求，对每个岗位、每道设施、每个地点的管理标准都予以明确，做到矿井采掘工作面防尘设施统一技术装备标准，统一考核管理，管理无死角，检查有章可循。

1.3突出日常监督检查，实行检查考核闭环管理

将综合防尘管理纳入通风安全标准化巡检重点内容，每旬安排专人分工作面、分区域排查矿井综合防尘系统，以及设施的安装、运行、使用、管理情况，坚持监督复查上旬问题整改和查找本旬新出现问题，凡重复及整改不力问题及时从重考核，在月度“一通三防”考核中对防尘工作积极主动、成绩突出单位评优奖励。而且在防尘工作监督管理过程中，坚持动态检查和静态检查相结合，全面检查和单项检查相结合、日常检查和重点检查相结合、检查和复查相结合的“四结合原则”，狠抓防尘问题整改和销号管理，实现了对粉尘治理的有效监管。

2综掘工作面的综合防尘治理成套技术应用与探索

梅花井煤矿井下粉尘治理始终坚持“源头防控”理念，积极采取“消除源头粉尘扩散因素，就地消尘”综合防尘技术。通过排查分析，整个综掘工作面的主要产尘源为：综掘面迎头切割、出渣、支护工序产生粉尘、运输转载点落矸产生粉尘、皮带启动抖动产生粉尘、喷浆作业产生粉尘、巷道风流飘浮粉尘、通风机吸入粉尘，针对上述产尘源，矿井配套应用的综合防尘技术主要如下：

2.1在综掘工作面迎头采取除尘风机“长压短抽”控风除尘技术

梅花井煤矿在传统的降尘技术（掘进机内外喷雾、通风排尘、加装高压喷雾等）降尘效率有限的情况下，先后装备应用江西安源公司生产的KCS-500DZ智能型湿式除尘风机5台和盐城兰丰科技公司生产的KCG-500D矿用干式除尘风机，实施控风除尘。在综掘工作面迎头的除尘风机+负压风筒和工作面压入式风筒的设置采用“长压短抽”控风除尘布置方式。将除尘风机固定在距迎头40～80 m处巷道的皮带导轨架上，负压除尘风筒的吊挂采用专用滑轨吊挂，自除尘风机处将负压除尘风筒沿巷道一侧向前延接，一般保持吸风口距工作面迎头3~5m范围，实施“源头吸尘”；综掘工作面压入式局部通风机一般选用2kW×45 kW以上大功率对旋局扇，使掘进迎头供风量大于除尘风机吸风量，确保除尘风机不发生循环风并保证重叠段风速符合规程要求，压入式风筒出口距掘进迎头保持20~30 m的距离。

控风技术：在压入式风筒的出风口设置旋流器或附壁风筒，使风筒出风流垂直巷道走向沿巷道轮廓线旋转射向工作面，在距迎头20~30 m处形成空气幕，防止工作面迎头粉尘向外扩散（由于旋流器或附壁风筒较重，移设不方便，也可采用距出风口1~2m处设挡风板的方式，抑制压入式风筒出风口射流速度，防止吹散迎头粉尘，影响负压风筒吸尘效果），使得掘进迎头含尘气流被封锁在迎头局部区域，不断地被吸入除尘器，经除尘器净化后排至后巷。湿式除尘风机运行成本相对较低，除尘风机除尘率达70%~74.86%，干式除尘风机运行成本相对较高，但除尘风机除尘率达91.07%~93.21%。

综掘工作面“长压短抽”控风除尘主要技术要点：

（1）设备除尘必须严格落实“长压短抽”布置方式，要求负压风筒（除尘风筒）吸尘口距工作面3~5m，负压风筒接头严密无破口，做到专人维护；压风风筒（供风风筒）出风口距工作面不大于40 m、不小于30 m。

（2）为防止除尘风机因故障停止运行或综掘工作面停电检修而导致迎头通风不良，在压入式风筒出风口前须常备悬挂1节应急风筒，除尘设备停机时必须提前将压风风筒（应急供风风筒）延接至距工作面迎头10 m处。

（3）延伸负压风筒（除尘风筒）时，除尘设备必须停机并将压风风筒（供风风筒）延接至距工作面10 m处。严禁除尘设备运转时人员延接负压风筒（除尘风筒）。

（4）负压风筒（除尘风筒）延接完毕后必须将风筒口上部、下部、贴帮部三处固定牢固，风筒吸风口倾斜朝向工作面迎头正中。

（5）负压风筒（除尘风筒）延接完毕，开启除尘设备运转正常后，必须在距迎头30 m处断开压风风筒（供风风筒）。

（6）湿式除尘风机每班工作结束后，必须对除尘过滤网进行高压水冲洗，对循环水箱的沉淀污水及时排放和补水，确保循环水泵可靠运行。干式除尘风机工作每隔3小时必须停机清灰。清灰操作步骤：除尘设备停机→打开清灰气路球阀→打开排污阀（除尘箱前后各1处）排污→关闭排污阀（除尘箱前后各1处）→按下清灰按钮（除尘箱前后各5处），在气压达到0.5 MPa时再依次按下剩余清灰按钮（除尘箱前后各5处）→关闭清灰气路球阀→除尘设备启动。

（7）除尘风机的移设最好能做到随二运皮带拖拽在导轨架上滑移（巷道底板要平整干燥，须防止除尘风机倾斜掉落，对巷道掘进质量管理要求较高）。

2.2对综掘机外喷雾装置及供水系统进行改造，实施增压泵高压喷雾降尘

一般综掘机配套的4个外喷雾组件（综掘机炮头伸缩部的上部2个喷雾组，两侧各1个喷雾组）的喷头角度固定，喷雾射流射程短，且雾化效果不理想，在综掘机切割、装渣过程中很难做到喷雾水幕包裹综掘机切割部，我矿针对这一防尘问题将综掘机伸缩部上部的两个喷雾组改造为环绕伸缩部的半圆形双层喷雾组，调整安装位置，并结合现场所需将半圆形双层喷雾组的喷头更换为可调节喷雾方式的负压诱导降尘喷头，而且喷头角度在加工喷头底座时均沿半圆上调5°~10°，通过角度调节喷雾射流方式将综掘机切割部的外侧范围全部包裹，拦截和捕降切割产生的粉尘，从产尘源头防止粉尘外逸，减少进入巷道风流的粉尘量，达到源头控尘的目的。

对综掘机防尘及冷却供水系统进行改造，加装YBS90/150-85型综掘机外喷雾增压泵，能够解决井下掘进静压供水管理的水压不足问题（只有2 MPa左右），该泵体积小，安装及操作方便，通过液压传动，供水压力最高可达16 MPa，正常使用过程中一般调整为6~8 MPa，使综掘机外喷雾的雾化除尘效果得到了质的提升。

配合除尘风机“长压短抽”控风除尘技术，实施综掘机外喷雾装置、供水系统改造和增压泵高压喷雾后，与未采取以上两项技术前相比，综掘工作面50 m范围的降尘率明显提高（综掘面迎头处采用湿式除尘降尘率达75%~84%，采用干式除尘降尘率达95%以上）。

2.3在综掘机转载点及后配套皮带转载点采用封闭喷雾除尘技术

综掘机转载点及后配套皮带转载点的落差一般在0.5m~1.0m之间，运输掘进煤矸自转载点抛出及碰撞下运皮带所产生的粉尘量，可导致后巷风流中的粉尘浓度明显增加。我矿在原来仅设置转载点喷雾措施的基础上，依照各运输转载点机尾的尺寸加工制作了封闭转载机尾及落矸点的防尘罩，防尘罩内安装配置2~3处可调节喷头的转载点喷雾，防尘罩采用加装10~15 cm宽外延。长度随落差可调的废旧皮带条进一步封堵，将运输转载点产尘源与巷道风流隔离，实现了“尘源封闭除尘”，降尘率可提高15%左右。

转载点封闭防尘罩内的转载点喷雾供水采用撞杆式机械阀门控制喷雾供水或采用“振动感应传感器+自动喷雾装置+电磁阀”的控制方式，即可做到随运输皮带的启停而自动喷雾降尘，实现无人操控、自动化操作、简便提效。

2.4自动纱网门捕尘技术

在掘进工作面后巷距离迎头200 m范围内，安装1组两道的全断面侧开推拉式捕尘纱网门和水幕，纱网一般根据巷道风量大小选取80~120目滤网，两道纱网门间距以20~30 m为宜，每道纱网门的迎风侧20~500 mm处配置全断面单管净化水幕（装8~12个喷头），将水雾喷向纱网，起到全断面湿润纱网和捕捉来自掘进迎头风流粉尘的作用，增加风流中的粉尘与水雾颗粒碰撞概率，提高降尘效率。纱网门随掘进迎头地坪施工和掘进工作面的推进，每推进100 m左右前移1次，为确保纱网门捕尘效果，其安装位置应尽可能邻近掘进迎头。一般安装在除尘风机后面，距掘进迎头的距离为80~200 m，在此范围捕尘效果较明显，实现降尘率提高20%左右。

为方便无轨胶轮车与行人的通过和实现捕尘纱网门的连续湿润，与纱网门配套的单管净化水幕的供水系统使用“DFB7/20矿用隔爆型电动球阀+自动喷雾装置+红外线感应传感器”控制，通过采用“自动喷雾控制器+3R/4R系列多路换向气阀”的方式控制安装在纱网门的气动推杆来实现纱网门的自动开启和关闭。整个自动纱网门的开启是通过设置在每道防尘纱网门前后各10 m处的红外线人体感应传感器来触控的。

正常情况下自动喷雾系统属于常开状态，自动纱网门控制系统为常闭状态，连接自动喷雾系统的供水和连接启动推杆的供风为常开通畅状态。当红外线感应传感器感应到无轨胶轮车和行人在纱网门前时，红外线感应传感器发出指令使喷雾系统供水电磁阀自动关闭、喷雾停止，而此时自动纱门收到打开指令，利用风压通过多路换向阀和气缸使纱网门自动开启、喷雾自动停止洒水，待车辆或行人通过，其控制系统开启的延时时间0~120 s可调，当车辆通过后延时开启喷雾、关闭纱门，同行无障碍，避免喷雾影响司机的行车视线。

车辆或行人前方的第二道捕尘纱网门也依照此方式可以通过。

待设置的延时时间过后纱网门自动关闭、净化水幕自动开启，纱网门恢复正常捕尘使用状态，期间必须保持防尘供水管路畅通。

2.5装备PS51-J型湿式除尘喷浆机

该机装备了上下溢气、转子摩擦板漏气收集及导出装置，杜绝粉尘外排。抽屉式积灰容器，清理方便，多层环状加水喷头系统，保证混合均匀，大幅度降低喷浆作业产尘。同时在喷浆作业点后20~80 m范围安装不少于2道净化水幕，方便移设和使用，有效降低了喷浆作业的产尘。也可在喷浆点后安装活动式捕尘网，形成对喷浆产尘的捕尘屏障。一般喷浆作业地点均在距掘进巷道迎头200 m范围以内，即在自动纱网门迎风侧，可同时兼顾捕捉喷浆粉尘的作用。

2.6巷道风流净化技术

因我矿综掘工作面多为长距离综掘巷道，巷道沿线有运输皮带振动二次扬尘、胶轮车高速运行二次扬尘、喷浆及临时支护产生的粉尘，以及风流中携带的残留粉尘和巷壁、设备表面积尘的二次飞扬。为净化掘进后巷风流，在掘进巷道回风口20 m附近的综掘巷道内，以“全断面风流净化水幕+跨皮带防水罩+皮带底喷雾+自动喷雾装置”的成套方式构建掘进后巷的风流净化除尘设施，该净化设施以皮带振动传感器或红外线人体感应传感器实现自动控制，巷道行驶胶轮车或行人通过该防尘设施时，风流净化水幕和皮带底喷雾可实现自动启停，实现全断面洁净巷道风流，降低胶轮车烟尘和巷道风流粉尘。

针对巷道风流中粉尘浓度的大小和皮带启停期间振动扬尘的实际情况，风流净化水幕既可加工制作为单管水幕也可加工为组合式防尘水幕墙，皮带底喷雾可另加装阀门仅在皮带启动环节使用，节约喷雾耗水量。通过实践应用可使风流中粉尘的降尘效果提升10%左右。

对于长距离掘进巷道的巷道风流净化，以巷道回风口处的“风流净化水幕+跨皮带防水罩+皮带底喷雾+自动喷雾装置”的成套装置为起点，按照每500 m一组的安装标准进行配置，可有效净化掘进巷道后巷风流的二次扬尘，使巷道空气清新爽凉。

2.7喷雾装备自动化控制技术

积极贯彻国家煤矿安全监察局引发的《煤矿单班作业人数限员规定》，推广应用自动化控制技术，矿井分别研发制作了自动捕尘纱网门技术，在井下巷道固定的风流净化水幕、皮带底喷雾及转载点喷雾等综合防尘设施上均推广应用自动喷雾装置控制技术，通过在皮带架上安装振动传感器或在巷道距防尘喷雾设施10~20 m处安装红外线感应传感器来实现对采掘工作面、皮带运输线的自动控制，在取电不便的运输转载点安装撞杆式机械控制阀门来实现转载喷雾的自动喷雾控制。梅花井煤矿井下巷道总长约150 km，井上下共安装各类皮带60余条，全部实现自动喷雾控制技术，能解决喷雾设施需要人工开停、与生产不能同步、水资源浪费等诸多问题。目前矿井正在考虑将进回风顺槽所有防尘设施的开停信息纳入同一个信号传输系统，由1个信号控制多个主机，实施整个采掘工作面运输线联动喷雾的技术改造，这些自动控制技术的应用对实现防尘与生产同步、节水降耗、智能喷雾、减人提效等具有十分可观的推广价值。

3夯实供水净化、技术研发、个体防护和安全投入等防尘基础保障，巩固防尘效果

综合防尘治理效果必须要有配套的基础保障措施，否则“生命高于一切，健康重于一切”和“在岗位上消灭尘肺病”的理念就成了空中楼阁。“粉尘防治、源头治理”没有综合防尘系统“硬件”的支撑，失去了着力点，所以提高粉尘治理效果，创建建设粉尘治理示范矿井，必须以安全生产标准化建设为抓手，切实强化防尘供水净化、技术研发、个体防护和安全投入等防尘基础建设，才能确保综合防尘治理水平的稳步提升。为此矿井做了以下基础工作：

3.1实施应用防尘水质净化处理技术

在入井防尘供水主管路、各水平车场进入采掘工作面的供水支管安装水质过滤器，在各主要防尘设施安装点加装过滤网，至少每季度化验一次，确保防尘用水的水质达标，确保水中悬浮物质量浓度不超过30 mg/L，粒径不大于0.3 mm，水的pH值应在6～9范围，水的碳酸盐浓度不超过3 mol/L。

3.2坚持巷道冲洗和洒水灭尘制度的落实

采掘巷道、皮带运输巷每7天至少全断面清扫、冲尘一次；采掘工作面距工作面200 m范围内每班至少全断面清扫、冲尘一次；对其他巷道或粉尘随机增大的巷道及所有巷道底板均制订明确具体的冲洗周期。由各责任单位根据冲尘周期和责任范围内落实巷道及设备设施的清扫、冲尘工作，巷道冲洗所用的洒水管接头等设施，用后必须恢复原状态。由通防部按制度逐月考核。

3.3坚持个体防护最后防线

对个体防护用品采取分级配备原则，对采煤机司机、综掘机司机、支架工、喷浆工等重点接尘作业人员配备3M-7500型防尘口罩，其他人员配备3M-3200型防尘口罩。并对防护用品的佩戴和使用过程加强监管，从入井检查开始，对未佩戴防尘口罩的员工严禁入井工作，各级管理人员及安检员负责使用过程的监督、管理，对未按规定佩戴和使用防尘口罩的员工给予不安全行为处理，保障岗位员工职业健康。

3.4促进粉尘治理工作持续改进

抽调技术骨干成立克尘工作室，开展粉尘防治技术管理及技术攻关工作。研究不同作业现场产尘机理和粉尘特性，采取针对性的除尘工艺，从而提升除尘效果；通过验证除尘效果，不断完善除尘工艺，形成循序渐进、循环往复的技术保障模式。

3.5坚持粉尘治理投入，实施防尘保障优先

以矿长为首的各级领导自上而下高度重视粉尘治理工作，在国补资金筹措、自留安全费中优先考虑防尘系统及设施的完善、改造等项目，从生产材料费中加大防尘设施配件及相应管路费用投入，为粉尘治理工作提供充足的投入保障。

4取得成效

通过全体员工近一年的共同努力，积极推广和探索矿井综合防尘技术的应用，形成了适合梅花井煤矿的综掘工作面综合防尘统一的成套技术应用配置，矿井粉尘治理工作取得了阶段性的成果，各地点粉尘质量浓度均有较大幅度的下降。经宁夏煤监局安全检验中心检测，综掘工作面迎头切割粉尘质量浓度由198.73 mg/m3下降至58.80 mg/m3，除尘率提高至70.41%；综掘机二运皮带后粉尘质量浓度由24.82 mg/m3下降至2.38 mg/m3，降尘率提高至90.41%；掘进皮带运输线粉尘浓度由2.38 mg/m3下降至1.40 mg/m3，除尘率提高至41.17%；而且在矿井各综掘工作面推广应用以上除尘技术和管理标准后，除了综掘工作面掘进切割作业期间综掘机司机位置和喷浆作业期间喷浆机回风侧10 m范围内的粉尘浓度时有超标现象外，自综掘机司机位到掘进巷口段的回风流段各地点平均粉尘质量浓度均能达到国家标准。

参考文献

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