綜采放頂煤工作面防塵技術探討

李慧杰

（山西省晉城市蘭花科創伯方煤礦，山西 晉城048000）

0 概述

礦井粉塵是煤礦五大自然災害之一，煤礦粉塵因其自身的物理化學性質，導致其具有爆炸危險性的同時，還具有減少儀器使用精度和壽命、降低生產現場可見度以及導致長期工作人員患職業病等危害。 現階段，隨著我國煤礦采掘機械化程度的不斷提高，礦塵的生成量也急劇上升，尤其是煤礦綜采放頂煤工作面，在割煤、放煤、移架的過程中，產生的粉塵量尤其嚴重，達到了3000-8000mg/m3，嚴重影響企業的安全高效開采和職工身體健康，因此必須采取有效措施對煤礦粉塵進行防治，本文主要針對綜放工作面幾種防塵技術方法進行探討。

1 防塵技術方法

1.1 煤層注水防塵

煤層注水是煤礦應用極為廣泛的綜合治理粉塵災害的技術措施，也是經過實踐證明的降低采煤工作面粉塵含量最積極、最有效的手段。 它主要是在回采前預先在煤層中打若干鉆孔，通過注入壓力水，使其滲入煤體內部，增加煤的水分和塵粒間的黏著力，降低煤的強度和脆度，減少采煤時煤塵的生成量。

圖1 除塵率與注水量的關系

圖2 除塵率與煤的水分增量的關系

（1）注水參數的影響

注水參數包括注水壓力、注水速度、注水量和注水時間等，其中注水量(圖1)或煤的水分增量(圖2)既是煤層注水效果的標志，也是決定除塵率高低的重要因素。

（2）注水方式和選擇

a）短孔注水(圖3) 是在采煤工作面垂直煤壁，或與煤壁斜交打鉆孔，注水孔長度1.5～2.5m。

圖3 短孔注水

保證當天產量進度，注水壓力低，工藝簡單，濕潤范圍小，易跑水，且鉆孔注水必須在準備班進行，容易與回采發生矛盾，對生產能力高的工作面不適用，注水效果一般。

b）深孔注水(圖4) 是在采煤工作面垂直煤壁打鉆孔，注水孔長度5～25m。

圖4 深孔注水

保證2-6 工作日產量進度，鉆孔數量少，濕潤范圍大而且均勻，注水壓力高，注水工藝設備復雜，采煤循環中要有準備班。

c）長孔注水(圖5) 在工作面的進、回風巷或只在進風巷或回風巷沿煤層打鉆孔，孔長30～100m。

長孔注水是一種先進的注水方式，鉆孔能濕潤較大區域的煤體，能獲得較長的注水時間，煤體濕潤均勻，注水與回采不相互干擾。 但是采掘接替緊張的礦井不適合用。

圖5 長孔注水

另外，鉆孔的布置方式、注水系統、注水參數、注水超前于回采的距離和時間等必須根據工作面煤層的孔、裂隙發育程度、滲透性，節理面方向和工作面各種壓力帶分布情況等綜合進行考慮，合理布置。

（3）煤層注水效果

從我國一些礦井采用各種注水方式的降塵率情況來看，短孔注水為40%-90%，長孔注水為60%-90%。 另外煤層注水還能起到抑制瓦斯涌出， 降低工作面和回風流的瓦斯濃度，降低煤的硬度和緩和沖擊地壓等作用。

1.2 采煤機新型噴霧降塵

傳統采煤機內噴霧常因噴嘴堵塞或系統漏水而不能正常使用；外噴霧常采用逆風噴霧方式，降塵效果欠佳，且當雙滾筒采煤機逆風割煤時，因風流受到采煤機的阻礙、前滾筒的高速旋轉和逆風噴霧的原因，常在采煤機前端產生強烈的渦流，致使大量的高濃度含塵氣流擴散到采煤機司機作業空間，給司機和下風流作業區的人員造成嚴重危害。

采用新型噴霧降塵主要是針對外噴霧存在的弊端，對噴嘴的安裝位置、數量、布置方式及霧流噴射方向等進行改進。如圖6 所示。

圖6 噴嘴布置示意圖

利用順風噴霧引射的方法， 將大部分含塵風流引向煤壁，迫使其沿煤壁側流動，從而避免在采煤機前端產生渦流，使含塵氣流無法向采煤司機的工作區間和向人行道空間擴散，提高降塵效果。 同時在引射噴霧和跟蹤噴霧的作用下，將污濁風流中的粉塵降下來。

1.3 高壓噴霧負壓二次降塵新技術

高壓噴霧負壓二次降塵通過：（1）負壓吸塵。 高壓水霧從降塵裝置的前端噴出時，其周圍產生強負壓場，可將采煤機端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入，并予以徹底凈化。 （2）高速霧氣流吸塵。 從降塵裝置前端噴出的高速霧氣流，從滾筒的斷面切過，能控制滾筒旋轉所形成的渦旋風力場，使含塵濃度高的空氣被吸入高速霧氣流中。 （3）局部循環風流形成，反復凈化風流。

山東新汶礦業集團協莊煤礦使用高壓噴霧負壓二次降塵技術，圖7 所示，進而實現了“人走人道，塵走塵道”，圖8所示。

圖7 綜放面采煤機分體式負壓二次降塵裝置

圖8 高速霧障與負壓分布示意圖

分別多次測定各工序空氣中的全塵及呼吸性粉塵含量，結果如下表1：

表1 常規方法與負壓二次降塵技術粉塵濃度對比 單位：mg/m3

經計算，采用負壓二次降塵后，采煤機司機處的平均粉塵濃度比采用常規措施時減少60.2 mg/m3，降低69.2%，采煤機落煤時平均粉塵濃度減少45 mg/m3，降低54.2%。

1.4 空氣幕防塵

空氣幕隔塵是一種氣幕隔斷阻塵，氣幕的作用相當于在采煤工作面司機與煤壁側中間形成一道“無形透明屏障”，安裝在采煤機上，以阻止工作面采煤過程中粉塵向采煤機司機處擴散， 尤其是阻止粒徑小于5μm 呼吸性粉塵向司機處擴散。 這樣，在采煤機處，工作面風流形成了用空氣隔斷的兩條風道，一條是從氣幕到煤壁，一條是從氣幕到人行道，最終實現負壓二次降塵的效果，形成“人走人道，塵走塵道”，圖9 所示。

圖9 工作面空氣幕隔塵垂直布置及分區

表2 采煤機下風流呼吸性粉塵濃度及降塵效率

氣幕隔塵技術盡管不是直接降塵，但對長期工作在采煤工作面的采煤司機來說的確有直接意義。 同時，由于氣幕的隔離作用，大量的粉塵被阻隔在靠煤壁側，有利于提高噴霧捕塵降塵的效率，從而降低工作面的粉塵濃度。

同樣在協莊煤礦進行空氣幕降塵后，測量結果如表2。

2 結語

礦井粉塵治理是一項長期艱巨的任務，它不僅影響到煤礦企業的安全生產、經濟效益，還關系到職工的身心健康等一系列問題。目前,我國各大煤礦企業雖已采取各類綜合防塵措施對綜放工作面的粉塵進行綜合治理, 也取得了非常不錯的效果, 但距保證職工作業空間煤塵含量的國家和國際標準還有不小差距。 因此，煤礦粉塵防治技術的研究工作依舊任重而道遠。

［1］楊勝強.粉塵防治理論及技術[M].徐州:中國礦業大學出版社,2009.

［2］張國樞,譚允禎,等.通風安全學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2000.

［3］張永吉,等.煤層注水技術[M].北京:煤炭工業出版社,2000.

［4］金國淼.除塵設備[M].北京:化學工業出版社,2002.