文章选自《中国煤炭技术与设备网》

阮国强 李峰 王华民

( 兖矿集团有限公司   鲍店煤矿，山东   济宁 273513)

  摘要 介绍了 ABM20 锚掘机快速掘进通风参数的选择及其综合防尘和瓦斯治理技术的研究与应用。详细介绍了锚掘机通风参数的选择、局部通风系统、除尘系统以及瓦斯超限自动控制报警断电系统的性能和技术措施，确保掘锚机组快速掘进、通风与安全技术的合理性、可操作性，有效解决了迎头煤尘、瓦斯问题，改善了现场工作环境。

关键词 综合防尘 瓦斯治理

  鲍店煤矿首次引进了 ABM20 锚掘机快速掘进新技术、新装备，这在兖矿集团公司也是第一次应用。该设备功率高达 460 kW ，机组的生产能力大，掘进速度非常快，月进尺可达 1 000 m 以上。在掘进过程中，粉尘产生量、瓦斯涌出量增加，各类配套通防参数是改善劳动环境、适应新技术的首要条件。 通过配置大功率抽出湿式除尘风机 、合理进行通风参数的选择、 采取压入式和抽出式相配合的通风除尘系统 和大风筒、迎头设置挡尘帘等综合技术，有效地解决迎头煤尘、瓦斯问题，取得良好的社会效益和经济效益。

1 基本参数及技术要求

  1.1 局部通风方式

  鲍店煤矿在 5305 运输顺槽进行 ABM20 锚掘机煤巷掘进，由于锚掘机快速掘进，施工生产线一次成巷，掘支平行，成巷速度快，瞬间产生的粉尘大，因此高效、可靠的配套除尘技术和通风方式对整套快速掘进系统的顺利运行起着关键作用。 根据掘进工作面的实际，采用长压短抽的局部通风方式，即混合式通风来解决通风和除尘问题。

  (1)  压入式风量与除尘风机吸风量的匹配

  一般情况下， Q 压 =(1.2 ～ 1.3) Q 抽 。主要是保证压入式和抽出式重合段内有风流流动和不产生循环风；但随着掘进距离的增长， Q 抽 数值不变，而 Q 压 数值减小，这一关系是变化的数据。

  (2)  压入式风筒距迎头的距离

  压入式风筒口距工作面距离太小，则工作面粉尘会被风流带出至巷道中，距离过大，则排尘风速小，形不成压抽气流，这两种情况都不利于除尘。正常情况下，压入式风筒距迎头的距离稍大于风筒的有效射程时，除尘效果较好，根据生产实践： L 压 ≤ 5 √ S 。运输顺槽净断面积 12.8 m ² ， L 压 最大值为 17.9 m ，一般取 11.5 ～ 15 m 。

  (3)  抽出式风筒距迎头的距离

  L 抽 ≤ 1.5 √ S ， 5305 工作面运输顺槽净断面 12.8m ² ， L 抽 最大值为 5.4 m ，一般取 3 m ；风筒出口安设在锚掘机上，顶板前排锚杆支护距工作面距离缩小到 2.35 m ，实际距离能满足要求。

  (4)  除尘风筒与压入式风筒的重合段距离一般情况下， L 重≥ 2 √ S 。 5305 工作面运输顺槽净断面 12.8 m ² ，重合段长度要大于 7 m 。 在进行安装时，考虑到锚掘机的实际情况，上述参数确定如下： L 压 =12 m ； L 抽 =3 m ； L 重 =9 m 。

  (5)  局部通风机型号为 2BKJ 系列 2×18.5 kW 对旋式风机；风机供风量为 350 ～ 450 m ³ /min ；负压为 1 000 ～ 4 800 Pa ；电动机型号为 YKB160L—2 ，电动机功率为 2×18.5 kW 。 除尘风机为江都市引江矿业设备有限公司生产的 ZZJC— Ⅱ —B 型湿式振弦除尘风机；电机功率为 18.5 kW ；处理风量为 225  m ³/min 。

  (6)  风筒的确定

  压入式风筒：直径 800 mm( 压入式风筒末端采用挡尘帘，增加除尘效果 ) ；抽出式风筒：钢性风筒，直径 600 mm 。

  (7)  局部通风的检测

  压入式风筒与抽出式风筒测定相同。

  ① 压入式局部通风机工作风量和负压

  在用风表测定时，先在局部通风机吸风口前 10 m 巷道内用风表测风速，求得风量值；再在局部通风机后 5 m 巷道内用风表测风速，求得风量值， A 、 B 断面的风量差即为局部通风机的工作风量。用皮托管和精密气压计测定。

  ②压入式风筒出口风量掘进工作面的风量测定应在抽出式风机以外 10 m 的巷道内进行。

  ③抽出式通风机和负压

  在抽出风机的出风口直接用风表测定，应手持风表紧靠出口按绕线法在出风口全断面内均匀地移动 1 min 而测得。测风人员须站在一侧，不可正对出风口。负压测定同上。

  ④   风筒漏风率和阻力

  在 1 、 2 点测定静压和速压，确定风筒阻力。其计算式为

  H ft =ΔH j12 +ΔH v12

  根据以上风量，确定压入式风筒漏风率。

  抽出式风筒阻力测定相同。

  1.2 综合除尘和防尘

  (1) ABM20 锚掘机外喷雾装置的配套

  ABM20 锚掘机配备有 VAB 喷管汽水喷洒系统，包括用于截割滚筒的外接水雾喷淋装置和辅助通风装置，截割滚筒的喷管空气 — 水喷射装置有 27 个空气喷嘴 (d=5 mm) 和 27 个水喷嘴 (d=1 mm) ，水汽混合体被喷到截割滚筒顶部进入切割区，防止瓦斯积聚。安装辅助通风设备的上料装置两侧也设计有汽雾喷淋装置，每侧有 5 对喷嘴。 10 个空气喷嘴 (d=5 mm) 和 10 个水喷嘴 (d=1 mm) 。

  ①   压缩空气参数

  a.  压力

  喷管空气 — 水喷射装置 (27 个空气喷嘴， d=5 mm) 工作参数： 0.1 MPa ， p min 为 0.08 MPa ， p max 为 0.11 ～ 0.12 MPa 。

  辅助通风设备 (10 个空气喷嘴 d=5 mm) 工作参数： 0.05 MPa ， p min 为 0.04 MPa ， p max 为 0.07 MPa 。

  b.  流量

  喷管空气 — 水喷射装置 (27 个空气喷嘴， d=5 mm) ： 11.5 Nm 3 /min( 标准状态， p =101325 Pa ； t=0  ℃ ) 。

  辅助通风设备 (10 个空气喷嘴， d=5 mm) ： 4.2 Nm ³ /min 。合计： 15.7 Nm ³ /min 。

  ②   喷嘴喷淋参数

  a.  压力

  水喷射装置 (27 个水喷嘴， d=1 mm) 工作参数： 0.53 MPa ， p min 为 0.2 MPa ， p max 为 0.6 MPa 。 b.  流量喷管空气 — 水喷射装置 (27 个水喷嘴， d=1 mm) ：每个 1 L/min; 共 27 L/min 。最小流量 Qmin=22 L/min 。根据上述参数对 ABM20 锚掘机的外喷雾系统进行配置和完善，安设水质过滤器，确保除尘效果。

  (2)  掘进工作面风流状态和粉尘分布规律

  要保证除尘效果，长压短抽的通风方式要满足抽出式风筒口到工作面的距离等于有效吸程，压入式风筒口到工作面的距离等于有效吸程与射流作用长度之和，即射流的转向点要落在抽出式风筒口附近 。根据上述的参数确定，可在掘进工作面测定其风流状态和除尘效果。风流状态测定采用网格法：从压入式风筒出风口至工作面每隔 0.4 m×0.4 m 布置测点。在巷道选 5 个横断面，间距 0.88 m 。测定时，掘进距离 50 m 、 200 m 、 400 m 分别测定，测定各点的风速、全尘和呼吸性粉尘浓度。

  (3)  掘进工作面粉尘浓度测定根据原煤炭工业部煤矿个体呼吸性粉尘监测实施办法设置测点对掘进面的粉尘浓度进行测定。

  ①  ZZJC— Ⅱ —B 型湿式振弦除尘风机的安装： ZZJC— Ⅱ —B 型湿式振弦除尘风机体积大，长度 2 500 mm ，宽度 760 mm ，高度 470 mm ，将其放置在伸缩胶带机的一侧，则影响辅助运料的工作；因锚掘机组推进速度快，每天进尺 20 ～ 30 m ，除尘风机体积也比较大，重量重，频繁搬运不方便；伸缩胶带同的机尾 ( 机尾高度 717 mm) ，再考虑一定的过煤空间，机尾高度在 1 000 mm ， 将除尘风机放在胶带承载段上，既不影响辅助运输通道，又可随着机尾向前延伸而移动，没有增加额外的工作量，因此综合考虑将除尘风机安装在胶带承载段上。

  ②   不开除尘风机，测定 ABM20 锚掘机外喷雾降尘效果测定连续测定 1 ～ 3 周，测定 5 ～ 6 次。并在测定压风管路、供水管路接压力表和流量表，确保 ABM20 锚掘机外喷雾防尘效果。

  2 综合技术措施

  ①   瓦斯管理方面，瓦斯检查员现场跟班检查，发现瓦斯超限及时汇报，并撤出现场作业人员；严禁空班、漏检、假检。

  ②   局部通风管理，严格按照正常掘进班次安排人员跟班，发现问题及时处理，严禁风筒脱节，漏风现象。

  ③   综合防尘方面，回风巷安设水幕、隔爆设施、各转载点实现喷雾自动化、保证有效降尘，改善劳动环境。

  ④   加强便携仪的携带，跟班工长、技术人员等必须根据《煤矿安全规程》的要求携带便携仪。

  ⑤   相关单位管理人员每天必须跟班进行巡检，发现问题及时进行处理。

  ⑥   掘进迎头采用挡尘帘，有效隔离煤尘，改善工作面劳动环境，提高除尘效果。

  ⑦   配置大功率抽出湿式除尘风机，有效降低工作面煤尘、瓦斯危害。

  ⑧   瓦斯超限自动控制报警断电检测。

  风电闭锁和瓦斯断电装置的安设要安装 2 个瓦斯传感器。  

  ①   机载瓦斯传感器悬挂在掘进机上，当掘进迎头瓦斯浓度达到 1.0% 时，传感器立即发出声、光报警信号；当瓦斯浓度达到或超过 1.5% 时，传感器发出信号到断电仪，断电仪马上动作切断掘锚机组的供电，机组停止一切作业。当瓦斯浓度降低到 1% 以下时，可以恢复锚掘机组的用电。

  ②   掘进工作面瓦斯传感器设在距迎头不大于 20 m 范围内，掘进工作面瓦斯浓度达到 1.0% 时，传感器立即发出声、光报警信号；并切断掘进巷道内全部非本安型电气设备。当瓦斯浓度降低到 1% 以下时，可以恢复掘进工作面的用电。掘进作业过程中跟班工长、掘进机司机下井时，必须携带便携式瓦斯检测仪，便携瓦斯检测仪型号为 JJZ3501( 智能型 ) 。检测装置的灵敏性可用标准试样测定。每班瓦斯员测定 3 个地点的瓦斯浓度：迎头、风筒重合段、回风流。

  3 效果分析

  3.1 除尘风机降尘效果

  ①   不开除尘风机，测定 ABM20 锚掘机外喷雾降尘效果，如表 1 所列。测尘连续测定 1 ～ 3 周，测定 5 ～ 6 次。并在测定压风管路、供水管路接压力表和流量表，确保 ABM20 锚掘机外喷雾防尘效果。

表 1  ABM20 锚掘机外喷雾降尘效果  

  根据表 1 数据以及现场使用情况来看，不开除尘风机时，仅仅使用 ABM20 锚掘机外喷雾降尘装置进行除尘后，掘进工作面的粉尘 ( 全尘 ) 含量仍然很高。

  ②   开除尘风机，同时 ABM20 锚掘机外喷雾开启，测定降尘效果参数如表 2 所列。

表 2  除尘风机降尘效果  

  根据表 2 数据以及现场使用情况来看，在使用除尘风机的同时，也使用 ABM20 锚掘机外喷雾降尘装置进行除尘后，掘进工作面的粉尘 ( 全尘 ) 含量有了较大的减小，掘进工作面工作环境有了较大改善。

  3.2 局部通风的检测效果

  为了保证压入式风量和抽出式风量能符合要求，在不同掘进距离时进行了如下测定，见表 3 。

表 3  局部通风基本测定参数

  从表 3 可见，压入式通风机的压入风量在 370 ～ 400 m 3 /min 之间，抽出式除尘风机的抽出风量在 215 ～ 230 m 3 /min 之间，重合段风速在 10 ～ 15 m/min 之间，并且，随着掘进距离的逐步增加，以上 3 个参数没有发生什么较大的变动，均比较平稳。因此，可以认为随着掘进距离的增加，压入式风机压风量与抽出式风机的排风量比较合适，重合段风速也较为理想，适合工人工作；并且 5305 运顺掘进迎头、抽出式除尘风机与压风风筒重合段的瓦斯浓度均为 0.04% ，符合《煤矿安全规程》要求。

  表4 可见，对于压入式局部通风机来说，其吸风口 (A—A 断面 ) 的风速在 47 ～ 51 m/min 之间变化，其变化幅度较小，可以认为在压入式局部通风机运行期间比较平稳，压入式风机吸风量及其供风量保持稳定。在压入式局部通风机后 5 m 处 (B—B 断面 ) 的风速在 24 ～ 25 m/min 之间变化，变化幅度也是很小，风机前后的风速比约 2 ∶ 1 。对于压入式风机风筒与抽出式风机风筒的重合段 (C—C 断面 ) 来说，其风速在 26 ～ 31 m/min 之间变化， 从风速角度来看，在抽出式除尘风机的配合作用下，压入的风量可以完全被抽出式从掘进迎头抽出，从而可以大大减少掘进迎头的粉尘含量以及隅角的瓦斯浓度。 随着掘进工作的进展，也及增加风筒节数，压入式风筒距迎头距离在 13 ～ 17 m 之间变化，符合要求。

表 4 压入式局部通风机基本参数

第一作者简介：阮国强，男，高级工程师， 1989 年毕业于西安矿业学院，现任鲍店煤矿副总工程师。