山西某矿工作面回采期间粉尘分布规律的研究

郭惠宇，杨 涛，索诚宇，陈 鹏

(1.西山煤电(集团)有限责任公司官地矿，山西 太原 030053；2华北科技学院，北京 东燕郊 101601)

山西某矿工作面回采期间粉尘分布规律的研究

郭惠宇1，杨 涛2，索诚宇2，陈 鹏2

(1.西山煤电(集团)有限责任公司官地矿，山西 太原 030053；2华北科技学院，北京 东燕郊 101601)

为了研究工作面回采期间粉尘的分布规律，在山西某煤矿X1324工作面回采期间测定了呼吸性粉尘、全尘和其他粒径粉尘的浓度。得出如下分布规律：进风巷各类粉尘浓度在30 mg/m3左右；粉尘浓度在采煤机组下风侧5 m处达到最大值，其中呼吸性粉尘浓度最大值453.7 mg/m3，粉尘全尘浓度最大值550.09 mg/m3，其余粒径粉尘浓度最大值在550～600 mg/m3之间；回风巷处各类粉尘浓度明显降低，但比进风巷粉尘浓度高，辅回风巷粉尘浓度先增加后减小，在距离工作面330m处浓度达到极值，在此之后逐渐降低。主回风巷中分成浓度在很小范围内波动。

呼吸性粉尘;全尘;分布规律;下风侧;极值

0 引言

井下煤矿粉尘有引发尘肺病、煤尘爆炸、自燃和损坏设备、降低现场可见度等诸多危害[1-4]。随着采煤机械化水平的提高,井下工作面的粉尘产量也越来越大,严重影响着煤矿的安全生产和矿井井下工人的身体健康。采煤工作面是井下产生粉尘的主要场所之一，其产尘量约占矿井产尘量的60%[5-8]。煤矿工人长期吸入粉尘，就会诱发尘肺病。据统计,目前，全国国有重点煤矿尘肺病患者累计达20余万人,占全国尘肺病患者的一半,每年尘肺病患者死亡人数是煤矿工人死亡人数的5倍。全国国有重点煤矿职工平均尘肺病患病率为6.33% ,比西方发达国家高出约5%。此外，煤尘还具有爆炸性，严重威胁煤矿工人的生命安全。

因此,研究工作面回采期间过程中粉尘的分布规律对治理煤矿粉尘、减少粉尘危害具有重要的意义。

1 工作面概况

X1324北为二水平主皮带巷及二水平主回风巷(均已掘)，南为1#水文孔预留煤柱，东为X2302工作面(已回采)，西为未采区，上覆为3#煤4305工作面。工作面采用倾斜长臂一次采全高自然跨落后退式综合机械化采煤方法。本工作面所采煤层为9#煤，煤质为焦煤，可采走向长947.1 m，倾斜长度为177.7 m，面积为168299.67 m2，煤层厚度0.50～2.10 m，平均1.40 m，煤层倾角4°～7°，平均5.5°。

2 测尘方案设计

2.1 仪器与方法的选择

根据GB5748-85，选用AFC-20A型定点粉尘测定仪，测定粉尘的分散度；根据现场尘源特点，为了保证测试结果的准确，采用了经过产品检验合格的防爆型粉尘呼吸性粉尘和全尘采样器仪器测定粉尘浓度和粒径。

粉尘浓度的测定方法，主要有计数法和质量法，目前，以质量法为主，其原理是抽取一定体积的含尘空气，将粉尘阻留在已知质量的滤膜上，由采样后滤膜的增量，求出单位体积空气中粉尘的质量(mg/m3)。

2.2 测点布置

根据AQ 4205—2008、GBZ/T 192—2007、煤矿作业场所职业危害防治规定和测试选点要求及现场情况，采样点要求布在距离煤壁1.0～1.2 m处的呼吸带上沿程布置，采样的地点见图1所示。

图1 进风巷、工作面、回风巷布点示意图

具体测点如下：(1)进风巷转载点进风侧和回风侧10 m处以及在距进风巷从距工作面端头10 m处开始每隔100 m布置一个测点到进风口。(2)在轨道巷距工作面端头10 m处开始每隔60 m布置一个测点到回风口；在主回风巷距离工作面端头处10 m处开始为第一个测点，往后每个顶板检测奇数点处为一个测点。(3)采煤机上、下风侧5 m处及采煤司机处各布一个测点。(4)在工作面从距工作面端头开始，液压支架从1#支架开始每隔5个支架为一个测点。

2.3 测尘过程

检修班和采煤班分别测试一次。测试时每个地点测试三次，记录测试数值、测试地点及测试时间。具体测试程序如下：(1)用镊子取下滤膜两面的夹衬纸，置于天平上称量，记录初始质量，然后将滤膜装入滤膜夹，确认滤膜无褶皱或裂隙后，放入带编号的样品盒里备用；(2)取出准备好的滤膜夹，装入采样头中拧紧，采样时，滤膜的受尘面应迎向含尘气流。如果迎向含尘气流无法避免飞溅的泥浆、砂粒对样品的污染时，受尘面应该侧向；(3)连续性产尘作业点，在作业开始30 min后；阵发性产尘作业点，在工人工作时采样；(4)采样流量为15～40 l/min，浓度较低时，可适当加大流量，但不超过80 l/min。在整个采样过程中，流量稳定；(5)根据测尘点的粉尘浓度估计值及滤膜上所需粉尘增量的最低值确定采样的持续时间，但一般不得小于10 min(当粉尘浓度高于10 mg/m3时，采气量不得小于0.2 m3；低于2 mg/m3时，采气量为0.5～1 m3)；(6)采样结束后，将滤膜从滤膜夹上取下，放在天平上称量，记录质量。如果采样时现场的相对湿度在90%以上或有水雾存在时，将滤膜放在干燥器内干燥2 h后称量，并记录测定结果。称量后再放入干燥器中干燥30 min，再次称量，当相邻两次的质量差不超过0.1 mg时，取其最小值。

粉尘浓度按式(1-1)计算：

C=(m2-m1)/Qt×1000

(1-1)

式中：C—粉尘浓度，mg/m3；ml—采样前的滤膜质量，mg；m2—采样后的滤膜质量，mg；t—采样时间，min；Q—采样流量，l/min。

3 测尘结果及分析

对布点位置现场实测粉尘浓度进行统计、整理及分析，得到回采阶段的粉尘浓度分布规律如下：

3.1 呼吸性粉尘浓度分布规律

现场实测的呼吸性粉尘(粒径<5 um)沿进风巷—工作面—回风巷(主、辅)的浓度分布规律如图2、图3所示。

图2 呼吸性粉尘在进—工作面—辅回风巷浓度分布规律图

图3 呼吸性粉尘在进—工作面—主回风巷浓度分布规律图

由图2、图3可知，进风巷呼吸性粉尘浓度一般较低，维持在30 mg/m3以内，进入工作面以后，其浓度值有所增大，但在采煤机组上风侧5 m处呼吸性粉尘浓度明显增大，其值为117.14 mg/m3，采煤机组下风侧5 m处呼吸性粉尘浓度达到453.7 mg/m3， 采煤机作业是呼吸性粉尘产生的最主要区域。经过工作面后，在刚进入回风巷处粉尘浓度明显降低。

如图2所示，工作面进入辅回风巷(轨道巷)后，呼吸性粉尘浓度先增加后降低，在距离工作面330 m处呼吸性粉尘浓度达到极值，其值是211.814 mg/m3，在此之后其值逐渐降低，在回风巷末端呼吸性粉尘浓度依然是110 mg/m3。如图3所示，主回风巷呼吸性粉尘浓度也是先增大，最后基本保持在一定范围内波动，最大达到75.07 mg/m3。

3.2 粉尘全尘浓度分布规律

现场实测的全尘(所用粒径粉尘)沿进风巷—工作面—回风巷(主、辅)的浓度分布规律如图4、图5所示。

图4、图5粉尘全尘在进风巷—工作面—回风巷(辅、主)的浓度分布规律，其浓度分布规律基本与呼吸性粉尘浓度分布规律相同，最高浓度点出现在采煤机下风侧5 m处，粉尘浓度值达到550.09 mg/m3。工作面后向回风巷(主、辅)粉尘浓度较进风巷粉尘浓度高，主回风巷粉尘浓度基本在20～40 mg/m3以下范围波动。辅回风(轨道巷)粉尘浓度先降低后增大，在工作面向外距离工作面330 m处最高达到239.11 mg/m3，在末端粉尘浓度依然达到114.66 mg/m3，相对较大。

3.3 各粒径粉尘浓度分布规律

图6、图7为粒径分别小于1 um、2.5 um、呼吸性粉尘以及10 um的粉尘浓度分布规律。其粉尘浓度分布规律基本与呼吸性粉尘和全尘浓度分布规律基本一致。

图4 粉尘全尘在进—工作面—主回风巷浓度分布规律图

图5 粉尘全尘在进—工作面—主回风巷浓度分布规律图

图6 各种粒径粉尘在进—工作面—辅回风巷浓度分布规律

4 结论

(1) X1324工作面进风巷各类粉尘浓度较低，维持在30 mg/m3左右。

(2) X1324工作面之后，其各类粉尘浓度值有所增大，采煤机组处粉尘浓度显著增大并在其下风侧5 m处达到最大值，其中呼吸性粉尘浓度最大值453.7 mg/m3，粉尘全尘浓度最大值550.09 mg/m3，其余粒径粉尘浓度最大值在550～600 mg/m3之间。

(3) X1324工作面回风巷处各类粉尘浓度明显降低，但比进风巷粉尘浓度高，辅回风巷粉尘浓度先增加后减小，在距离工作面330 m处浓度达到极值，在此之后逐渐降低。主回风巷中分成浓度在很小范围内波动。

图7 各种粒径粉尘在进—工作面—辅主回风巷浓度分布规律

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Distribution of dust during mining operation in coal workface of one coal mine in Shanxi

GUO Hui-yu1,YANG Tao2,SUO Cheng-yu1,CHEN Peng1

(1.Guandicoalmine,XishanCoalandelectricity(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan,030053,China;2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScience&Technology,Yanjiao,101601,China)

In order to study the distribution of dust in the coalface，the concentration of total dust,respirable dust and other sizes of dust were measured at a coal mine in Shanxi.The results were analyzed and show that in the intake roadway the concentration of various dusts are 30 mg/m3; the dust concentration is at its maximum 5 m downwind of the coal cutter and the maximum levels of respirable dust,total dust and other sizes of dust are 453.7 mg/m3,550.09 mg/m3,550～600 mg/m3respectively; the concentration of various dusts that is even higher than the intake roadway’s reduce obviously in the return way; the dust concentration increases gradually and reaches their maximum values at 330 m,then decreases slowly in the auxiliary return roadway.The concentration of dust fluctuates in a small scope in the main return roadway.

respirable dust; total dust; distribution law; downwind; extremum

2016-08-26

中央高校基本科研业务费项目(3142015001，3142015002，3142015105)

郭惠宇(1984-)，男，山西洪洞县人，硕士，通风安全工程师，官地矿抽采区总支书记。E-mail：tyutghy@163.com

TD714.2

A

1672-7169(2016)05-0023-05