王连富+戴月升+张维勇+李刚

摘 要：我国井工矿井掘进工作面目前使用的除尘装备无法对粉尘进行彻底有效治理，掘进工作面粉尘浓度远远超出国家煤矿粉尘防治标准，对作业员工的身体健康和煤矿安全生产造成严重威胁。白庄煤矿在掘进工作面粉尘综合防治新技术和新装备方面进行研究，取得一定成果，现场应用效果较好。

关键词：掘进工作面；粉尘；治理；新技术；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.076

1 掘进工作面粉尘治理现状

白庄煤矿位于肥城煤田中西部，立井多水平分区式开拓，分为三个水平，-150m水平已回收完毕，无采掘活动， -250m水平和-430m水平为生产水平，主采31、8、9和10层煤。经新汶矿业集团有限责任公司计量检测中心检测，31、8、9和10层煤煤尘爆炸指数为30%-45%，均有煤尘爆炸性。现有8个掘进工作面，其中2个综掘工作面，2个全岩锚喷掘进工作面，4个炮掘工作面。

掘进工作面主要采取爆破使用水炮泥、风水爆破远程喷雾、短臂注水、转载点喷雾、综掘机喷雾加压泵联动装置、水射流除尘风机、回风水幕、潮式喷浆机、捕尘帘、装岩撒水等除尘措施，一定程度改善了掘进工作面作业环境。

2 掘进工作面粉尘综合治理新技术

针对掘进工作面除尘设施和设备存在耗水量大、自动化水平低等问题，研制出掘进工作面中深孔高压煤体注水、矿用个体正压呼吸防尘口罩和掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统等新设备、新技术，实现了掘进工作面粉尘的有效治理，保证掘进工作面粉尘浓度达到或基本达到国家行业和卫生标准。

2.1 掘进工作面中深孔高压煤体注水

2.1.1 掘进工作面煤层短臂注水存在问题

煤体注水是通过钻孔，将压力水和水溶液注入煤体，增加水分，通过湿润煤体内的原生煤尘、增强煤体塑性来降低煤尘产生量。掘进工作面普遍采用短臂煤体静压注水，注水孔深度1.5米，注水压力2-3MPa，每班进行注水。

（1）每班掘进进尺任务紧，百分之百落实每班的煤体注水措施，现场落实管理难度大。

（2）静压注水压力2-3MPa，每孔注水时间为40—75min，由于注水壓力小，时间短，致使达不到注水效果。

2.1.2 掘进工作面中深孔高压煤体注水

通过对短臂煤层注水工艺的4项改进，单孔注水量由0.007m3/m增加到由0.11m3/m，注水量提高了16倍，煤层含水率保持在4.6—5.3%，注水效果达到设计要求。

（1）掘进迎头煤体注水孔深度由1.5m增加为8m，使一次注水湿润煤层长度由原来的2米增加到11米，满足了一个圆班掘进进尺的要求。

（2）结合白庄煤矿小钻孔钻进的实际，定制了小直径煤层注水封孔器，使封孔距离深入煤体实体2m以上，为实施高压煤体注水的快速封孔创造了条件。

（3）注水方式由静压注水改为高压注水，注水压力达到12MPa，提高了单位时间注水量。

（4）煤层注水由原来每班班中注水改为早班检修时间集中注水，保证了注水时间。煤体注水时间选在早班8到12点检修时间，大班管理人员能够对煤体注水工作落实情况进行检查，提高了现场检查和督查效果。

2.2 矿用个体正压呼吸防尘口罩

2.2.1 综掘机司机和喷浆手个体防护存在问题

掘进工作面掘进作业施工中，综掘机司机和喷浆手是高浓度粉尘下的作业岗位，主要通过佩戴3M防尘口罩进行个体防护。佩戴3M防尘口罩的员工吸气时，口罩内处于负压状态，如果防尘口罩佩戴不正确或者口罩与面部皮肤接触不严密，吸气过程中，粉尘会顺着缝隙吸入人体，大大影响防尘口罩的过滤效果，起不到应有的防护作用，从而影响员工的身体健康。

2.2.2 矿用个体正压呼吸防尘口罩结构和工作原理

矿用个体正压呼吸防尘口罩由集风罩、送风管路（直径30mm 、长度10-15m食品级塑料管）和防尘面罩三部分组成，送风管路两端头采用卡子与集风罩和防尘面罩联成一体。利用迎头局部通风机采风筒内产生的压力，将风筒内新风通过集风罩、送风管路送入正压呼吸防尘口罩内，使正压呼吸防尘口罩内部始终保持正压状态，并提供新鲜风流，彻底解决了因防尘口罩佩戴不合格而造成粉尘吸入的问题。

2.2.3 矿用个体正压呼吸防尘口罩使用方法

使用时，综掘机司机和喷浆手将防尘口罩佩戴好，将集风罩由风筒出风口插入风筒，使集风罩迎着风流方向，利用迎头局部通风机在风筒内产生的压力，将风筒内新风通过集风罩、送风管路送入正压呼吸防尘口罩内，使正压呼吸防尘口罩内部始终保持正压状态，并源源不断送入新鲜风流供综掘机司机和喷浆手呼吸。

2.3 掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统

2.3.1 自动化除尘系统存在问题

目前我国使用的粉尘在线监测与自动喷雾除尘装置（系统）是依托粉尘浓度传感器和光控传感器，通过控制全断面净化喷雾的电磁阀，实现粉尘超限的自动降尘。由于是采用普通全断面喷雾进行降尘，除尘效率低、耗水量大，只适用于泄水条件好的大巷降尘使用，而在掘进工作面尤其是下山掘进工作面基本无法使用，且每套售价3万元，仅在个别大型煤矿使用，中小型煤矿还未推广普及。

2.3.2 掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统

该系统是以粉尘在线监测系统为平台，成为集粉尘在线监测和自动除尘与一体的自动化控制系统，实现了粉尘在线监测系统与高效电动除尘风机、喷浆机（综掘机）与高效电动除尘风机的有效关联，实现了爆破、喷浆、割煤三个主要产尘环节的有效除尘，以及对掘进作业场所时时监测和粉尘浓度超限后的自动清尘，确保作业场所粉尘浓度时时达标。

（1）系统设备布置。

掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统主要由KJ76N-F型监控分站、电动除尘风机、电磁阀、抽出式负压风筒、抽出式负压三通、设备状态开停传感器等设备组成。

（2）系统工作原理。

白庄煤矿使用的粉尘在线监测系统是山东淄博瑞安特生产的KJ76N-F型监测监控系统，监控分站使用的是KJ76N-F型分站，监控分站采集的粉尘浓度模拟信号传输到地面监测监控中心的控制电脑。地面监测监控中心通过控制电脑将粉尘传感器全尘浓度报警值设定为4mg/m3。

1）粉尘传感器和电动除尘风机联动控制原理：当全尘浓度小于4mg/m3时，KJ76N-F型监控分站处于常开状态，电动除尘风机开关无法启动。当全尘浓度大于4mg/m3时，KJ76N-F型监控分站动作，转化为常闭状态，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通电打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘作业。

2）喷浆机和电动除尘风机联动控制原理：喷浆机启动后，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通电打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘作业。

3）综掘机和电动除尘风机联动控制原理：综掘机启动后，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通电打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘作业。

3 使用效果评价

为验证新技术和新装备在现场的应用效果，白庄煤矿在3900II号面轨道顺槽和九采区轨道锚喷工作面进行了工业性试验，并由肥城矿业集团职业病防治研究所对使用前和使用后粉尘防治效果进行测定。

新技术和新装备使用后，全尘浓度和呼尘浓度降尘率均在84%以上，极大改善了作业场所的環境状况，在耙装机（综掘机）后建立了无尘安全区，达到了预期的粉尘防治效果。

4 结论

掘进工作面中深孔高压煤体注水、矿用个体正压呼吸防尘口罩和掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统分别在一次性尘源治理、个体用品防护和粉尘治理自动化三个方面提出了解决思路、办法和装备，并在实践中取得了较好的应用效果，有效解决了掘进工作面粉尘治理的难题，为我国井工矿井掘进工作面的粉尘治理具有很强的指导意义。

作者简介：王连富（1968-），男，山东莒县人，高级工程师，安监局副局长。