马兰煤矿采掘工作面产尘特性实测分析.pdf

2023年第3 期江西煤炭科技183.马兰煤矿采掘工作面产尘特性实测分析齐力（西山煤电股份马兰煤矿，山西古交0 3 0 2 0 0）摘要：掌握粉尘扩散特征对粉尘防治有重要意义。通过在马兰煤矿采掘工作面设定多个测尘点采取粉尘样品，测定粉尘浓度和粉尘粒径分布特征。结果表明，采煤机下风侧10 m处粉尘浓度最高，随粉尘运移距离增加粉尘浓度有所降低，回风巷内部的粉尘浓度整体低于采煤机附近。掘进机司机处的粉尘浓度最高，回风侧掘进机机身后方5m和10 m处粉尘浓度逐渐降低。距离产尘源头越远的位置粉尘中位径越小。采掘工作面粉尘浓度较高，均超过了煤矿安全规程规定的允许浓度，需要在工作面采用多种降尘措施治理粉尘。关键词：综采面；综掘面；粉尘浓度；粒径分布中图分类号：TD714+.3Analysis on Actual Measurement of Dust Production Characteristics in Working Face of Malan CollieryAbstract:Mastering the characteristics of dust diffusion is of great significance for dust prevention and control.By settingmultiple dust measurement points at the mining face of Malan Colliery to take dust samples,the article measures the dustconcentration and particle size distribution characteristics,whose results show that the concentration of dust in mining work isrelatively high,exceeding the allowable concentration specified in the Coal Mine Safety Regulations,and thereby various dustreduction measures should be adopted to control dust in the working face.The dust concentration is highest at 10 meters on thedownwind side of the coal mining machine,and decreases with the increase of dust transport distance.The dust concentrationinside the return air tunnel is generally lower than near the coal mining machine.The dust concentration at the drivers side ofthe tunneling machine is the highest,and the dust concentration gradually decreases at 5 meters and 10 meters behind the bodyof the tunneling machine on the return air side.The farther away from the source of dust production,the smaller the mediandiameter of the dust.Key words:ully mechanized coal face;fully mechanized excavation face;dust concentration;particle size distribution煤矿粉尘问题已成为危害企业安全生产和作业人员身心健康的严重灾害，采煤和掘进工作面割煤强度大，成为煤矿井下最主要的两个产尘区域。当前煤矿领域已研发出多种粉尘治理措施，如煤层注水、喷雾降尘、泡沫抑尘、除尘风机抽尘等等，这些粉尘治理技术已得到大范围推广应用。但当前研究人员大多局限于粉尘防治技术的研发，没有全面系统地考虑采掘工作面粉尘的扩散特性，对不同工作面的产尘情况缺乏针对性的降尘措施,降尘效果无法达到预期效果，因此,掌握粉尘产生和扩散特性是高效治理粉尘的首要一步。目前对工作面粉尘扩散特征的研究主要有现场实测和计算机模拟两种，计算机模拟虽然比较方便快捷，但由于边界条件设定等有关影响因素过多，模拟结果的可信度最终仍然需要根据现场实测结文献标识码：AQi Li(Malan Colliery,Xishan Coal and Electricity Co.,Ltd.,Gujiao,Shanxi 030200)果进行确定，因此直接在现场布置测尘点测定粉尘浓度更加准确、直观。以马兰煤矿采掘工作面为例，布置了多个测尘点，采取粉尘样品，测定粉尘浓度，分析粉尘样品的粒径分布特征，为防尘技术的应用提供基础支撑。1采掘工作面概况马兰煤矿是国有重点矿井，位于山西省古交市西南方，隶属于西山煤电股份公司，生产能力为4.0Mt/a。18 50 4工作面和18 50 2 工作面分别为南五下组煤采区的首个和第4个回采工作面，属于石炭系太原组8 号煤层，平均厚度4.5m。工作面为一面四巷，包含辅运巷、皮带巷、高抽巷和底抽巷，走向和倾向分别长12 0 0 m和2 6 0 m，煤层平均倾角为4，普氏硬度为2.0。煤种为焦煤，工业文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 18 3-0 3184.分析结果如表1所示。工作面回采过程中的绝对瓦斯涌出量为39.94m/min，相对瓦斯涌出量7.0 9 m/t。煤层自燃倾向性等级为I类，煤尘具有爆炸性。可采储量为1446.6 95kt。工作面供风量为1915m/min，采煤机型号为MG500/1140-GWD。表1煤质工业分析结果Qg.a/Ma/%A/%Va/%Fa/%5.8012.102粉尘测定方案采煤工作面的采煤机和掘进工作面的综掘机是工作面最主要的破煤机械，其割煤作业点也是最主要的产尘地点如图1所示。除此以外,采煤工作面的液压支架移架过程也会有大量粉尘掉落，工作面的转载点处煤流掉落过程中也有粉尘产生。根据我国粉尘测定标准中对测尘点位置的规定，在采煤工作面采煤机司机处、采煤机下风侧10 m、20m、回风巷距离工作面10 m、2 0 m 处共布置5个测尘点，在掘进工作面掘进机司机处、回风侧掘进机机身后5m、15m 共布置3 个测点。进风格1-采煤机司机；2、3-采煤机下风测10 m、2 0 m；4.5-回风巷10 m、2 0 m(a)综采工作面21-掘进机司机;2、3-回风侧10 m、2 0 m(b)综掘工作面图1采掘工作面测尘点布置利用粉尘采样器获取测点处的粉尘样品，采样器为AKFC-92A型矿用本安防爆采样器，获取的江西煤炭科技粉尘浓度根据滤膜的质量变化计算，如式(1)所示。c=(mi-mo)/(Q.)(1)式中:c为粉尘浓度,mg/m;m1为采样后的滤膜质量,mg;m。为采样前的滤膜质量,mg;Q为采样流量,L/min;t为采样时间,min。利用激光粒度分析仪分析采取的粉尘样品的粒径分布特征，激光粒度分析仪型号为HYL-2076,可以测定的粉尘粒径范围为0.150 0 m。测定St.d/%(MJ/kg)21.6960.41231综采支架2023年第3 期时，首先利用容器将粉尘制备成悬浊液，然后加入36.272.813双风机样品池中，随后加人蒸馏水。打开激光粒度分析仪样品池中的搅拌泵使粉尘在溶液中更加均匀，打开循环泵，将粉尘随液体一起在内部管道中循环流动，通过测定装置处的激光光束，根据激光的散射现象得到粉尘样品的粒径大小。该方法得到的是不同粒径粉尘的频率统计，粉尘样品的中位径能够更直观、量化地表示粉尘样品整体的粒径分布情况。3测尘结果3.1粉尘浓度粉尘浓度测定结果如表2 所示，由于采煤机是采煤工作面最主要的破煤机械，因此采煤机附近的粉尘浓度明显高于回风巷内，同时由于粉尘受空气流动作用从上风侧向下风侧扩散，因此采煤机下风测的粉尘浓度高于采煤机司机处。采煤机下风侧10 m处粉尘浓度最高，全尘和呼尘浓度分别为53 2 mg/m和2 0 5mg/m。随粉尘运移距离增加,在采煤机下风测2 0 m处粉尘浓度有所降低，全尘和呼尘浓度分别为50 6 mg/m和192 mg/m，和10 m处相比，全尘下降幅度高于呼尘；这是由于全尘的颗粒比呼尘大，受重力影响更强，因此其浓度的降低更加明显。浓度第三高的位置是采煤机司机处，全尘和呼尘的浓度分别为443 mg/m和148 mg/m。但需要注意的是，虽然司机处的粉尘浓度并非最高，但由于司机长时间在该点作业，因此对该点处的粉尘治理应该尤为重视。随着运移距离增加，回风巷内部的粉尘浓度明显低于采煤机附近，但回风巷内部两个测点的粉尘浓度相差不大，全尘浓度分别为3 0 1mg/m和2 8 8 mg/m，呼尘浓度分别为110 mg/m和10 2 mg/m；这是由于经过了长距离运移后，容易沉降的大颗粒粉尘已经在工作面处沉降完毕，在回风巷中的气载粉尘多数为较难沉降、容易随风流运移的粉尘颗粒，因此粉尘浓度变化较小。呼吸性粉尘浓度的变化趋势与全尘浓度近似，回风巷内的浓度低于采煤机附近。2023年第3 期表2 综采工作面粉尘浓度分布全尘浓度测点/(mg/m)采煤机司机处443采煤机下风侧10 m532采煤机下风侧2 0 m506回风巷距离工作面10 m301回风巷距离工作面2 0 m288综掘工作面粉尘浓度测定结果如表3 所示。和采煤工作面类似，主要破煤机械一掘进机附近的粉尘浓度最高，即掘进机司机处，全尘和呼尘浓度分别为418 mg/m和190 mg/m。掘进机司机与压人式风筒分别位于巷道两侧，因此司机处位于掘进机截割头的下风侧，此时截割头截割煤体过程中产生的粉尘随风流向下风侧移动，掘进机司机处的粉尘问题十分严重，因此针对综掘工作面需要格外注意司机处的粉尘治理，以达到保证司机身心健康，提高司机前方的能见度，提高掘进效率为目的。第2 个和第3 个测点虽然也位于掘进机截割头下风侧，但随着距离增加，粉尘受重力作用逐渐沉降,浓度逐渐降低，在掘进机机身后5m处的全尘和呼尘浓度分别为3 0 1mg/m和13 2 mg/m,15m处分别为2 59mg/m和10 2 mg/m。综掘工作面的呼尘浓度变化规律和全尘也是相似的。表3 综掘工作面粉尘浓度分布全尘浓度测点/(mg/m)掘进机司机处418回风侧掘进机机身后5m301回风侧掘进机机身后15m2593.2粉尘粒径分布利用激光粒度分析仪分析了不同测尘地点粉尘样品的粒径分布特征，如表4、图2 所示。可以看表4综采工作面粉尘中位径测点采煤机司机处采煤机下风侧10 m回风巷10 m6543T江西煤炭科技出，回风巷的粉尘粒径较小的占比较大，也就是其呼尘浓度曲线峰值出现得较早,采煤机司机处和下风侧10 m/(mg/m)处粉尘粒径分布曲线相近。从采煤工作面三个测148点处的中位径结果可以看出，回风巷距离工作面20510m处的中位径最小,为16.4m,其次为采煤机192司机处和采煤机下风侧10 m处，中位径分别为11020.7 m和 3 1.5 m。102掘进工作面粉尘粒径分布如图3 所示，中位径如表5所示。可以看出，掘进机司机处的粉尘粒径整体大于工作面回风侧，司机处的粉尘样品中位径为3 5.7 m,而掘进机机身后15m处为2 7.3 m。这也说明了随着粉尘运移距离增加，细微颗粒粉尘占比越来越大。5432100图3 综掘面不同地点的粉尘粒径分布表5综掘工作面粉尘中位径测点呼尘浓度掘进机司机处/(mg/m)190132102中位径/m20.731.516.4一采煤机司机处一采煤机下风侧10 m处一工作面回风巷185.一掘进机司机处一工作面回风侧100200粒径/um掘进机机身后5m掘进机机身后15m从上述实测结果可以看出，马兰煤矿采掘工作面粉尘浓度较高，均超过了煤矿安全规程规定的允许浓度。需要在工作面采用多种降尘措施治理粉尘，如采煤工作面可以视情况采用煤层注水、采煤机内外喷雾、液压支架架间喷雾等技术综合降尘，掘进工作面可以采用掘进机外喷雾、除尘风机、全断面水幕帘等技术降尘。4结语通过在马兰煤矿采掘工作面采取粉尘样品，测定粉尘浓度和粉尘粒径分布特征。采煤机下风侧10 m处粉尘浓度最高，全尘和呼尘浓度分别为532mg/m和2 0 5mg/m，随粉尘运移距离增加粉300400中位径/um35.730.127.3500尘浓度有所降低，回风巷内部的粉尘浓度整体低2于采煤机附近。掘进机司机处的粉尘浓度最高，全尘和呼尘浓度分别为418 mg/m和190 mg/m,回00图2 综采工作面不同地点的粉尘粒径分布100200粒径/um300400500风侧掘进机机身后方5m和10 m处粉尘浓度逐渐降低。距离产尘源头越远的位置粉（下转18 8 页）188.江西煤炭科技2023年第3 期4自动泡沫抑尘系统应用效果4.1系统结构优点(1)自动化水平高。泡沫自动抑尘系统通过粉尘浓度传感器实时检测卸载点粉尘浓度，然后通过PLC控制器控制作用实现系统自动开启动作，全程无需人工干预，自动化水平高，降尘劳动作业强度低，而且系统根据粉尘浓度高低，实现间歇性降尘，起到节能降耗作用。(2)降尘效果好。泡沫抑尘时产生的泡沫体积大，主要利用泡沫包裹性对粉尘颗粒包裹、润湿作用,增加泡沫颗粒与粉尘颗粒碰撞概率，同时泡沫颗粒表面具有黏着剂，增加了对粉尘颗粒吸附强度,降尘效果好。(3)降解性能好。泡沫抑尘系统形成的泡沫颗粒进人煤流后能够及时被降解，不会形成积水，减少了煤流系统积水量，保证了洗选系统安全稳定运行。4.2实际应用效果分析2021年8 月12 日长春兴煤矿对6 0 1运输顺槽转载点安装了一套自动泡沫抑尘系统，截至2021年12 月19 日工作面回撤结束，通过4个月实际应用效果来看，该除尘系统取得了显著应用成效：(1)601运输顺槽转载点安装泡沫抑尘系统后，与传统喷雾洒水除尘系统相比，每班减少了1名操作工，同时该系统根据粉尘浓度大小采取间歇性降尘，大大减少了工作面静压水损失量。(2)601运输顺槽转载点采用泡沫抑尘后，实测转载点粉尘浓度控制在2 7 mg/m以下，大大降低了转载点粉尘浓度，减少了粉尘扩散现象,增加了转载点能见度。由于泡沫抑尘后能够及时被降解，减少了煤流中煤泥水现象，与传统喷雾洒水装置相比,因煤泥水导致带式输送机跑偏、打滑事故率降低了65%，保证了洗选系统正常运行。(上接18 5页)尘中位径越小。马兰煤矿采掘工作面粉尘浓度较高，均超过了煤矿安全规程规定的允许浓度，需要在工作面采用多种降尘措施治理粉尘。参考文献：1牛伟，蒋仲安，刘毅.综采工作面粉尘运动规律数值模拟及应用J.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010,29(3):357-360.2刘建.基于罗森一拉姆勒分布函数的粉尘分散度分析J.北京科技大学学报，2 0 10(9)：110 1-110 6.5结语长春兴煤矿对6 0 1运输顺槽在煤研运输过程中卸载点安装自动泡沫抑尘系统后，通过实际应用效果来看，相比水雾颗粒，泡沫颗粒体积大不仅增加了与粉尘颗粒碰撞概率，而且具有很强的吸附能力，能够快速对粉尘进行沉降作用，提高了采掘工作面防尘自动化水平以及降尘效果，取得了显著应用成效。参考文献：1黄明.煤矿防尘降尘的改进措施探究J.太原：能源与节能,2 0 2 1(6):2 0 8-2 0 9.2耿平.煤矿防尘降尘综合技术研究J.北京：当代化工研究,2 0 19(5):10 7-10 8.3陈立文.巷道掘进工作面综合防尘技术研究J.山东煤炭科技,2 0 17(7)：6 6-6 8.4张强.综掘工作面粉尘运移规律与防尘技术初探J.江西煤炭科技，2 0 2 1(2）：2 0 7-2 0 9.5张静.四台矿2 0 2 0 7 综掘工作面综合防尘技术应用研究J.山东煤炭科技,2 0 19(11)：10 7-10 9,115.6屈会军.综采工作面综合防尘技术应用分析J.江西煤炭科技,2 0 2 2(2）：156-158.7李瑞辉.可移动式通风除尘装置在采掘巷道中的应用.太原：机械管理开发.2 0 19（10）：2 12-2 13.8韩文杰.煤矿采掘工作面防尘措施实践应用J.太原：机械管理开发，2 0 2 2(1)：3 2 1-3 2 3.9杨宏飞.综采工作面综合防尘技术研究J.山西能源学院学报,2 0 2 1(5)：11-13.10马宇飞.综采工作面综合防尘技术研究J.石家庄：煤炭与化工,2 0 2 1(S1)：12 7-12 8.作者简介：潘少斐（1994一），男，山西左云人，2 0 15年毕业于临汾职业技术学院矿井通风与安全专业，大专学历，助理工程师，现就职于山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司通风部，从事通风安全管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 93李德文，郭胜均.中国煤矿粉尘防治的现状及发展方向J.马鞍山：金属矿山,2 0 0 9（S1)：7 47-7 52.4谭聪，蒋仲安,王明，等.综放工作面多尘源粉尘扩散规律的相似实验J.北京：煤炭学报，2 0 15（1)：12 2-12 7.5王建民，赵波，郭宝哲.综放工作面粉尘防治技术研究与应用J.北京：煤炭科学技术,2 0 12,40(S1)：51-52.作者简介：齐力（198 9一），男，山西娄烦人，2 0 12 年毕业于阳泉职业技术学院矿井通风与安全专业，专科学历，助理工程师。收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 9编辑：彭呈喜编辑：彭呈喜