王莊煤礦綜采工作面粉塵綜合治理技術實踐

薛志興

（山西潞安礦業（集團）有限責任公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

隨著煤礦機械化水平的不斷提高，礦井的開采方法和采煤工藝向著高效、集約化發展，大大提高了煤礦生產效率和效益，但同時也給煤礦帶來了粉塵產生量增加，導致粉塵危害日益嚴重。以王莊煤礦9105采煤工作面為研究背景，采取煤層注水、采煤機負壓二次降塵、架間擋塵裝置、紅外線傳感技術自動控制綜放面噴霧裝置、轉載運輸系統自動噴霧降塵、風流凈水噴霧降塵及全程粉塵監測等技術方法，對工作面粉塵進行綜合治理，并對降塵效果進行考察，形成一套適合該工作面實際的粉塵治理技術體系，也為其他綜放工作面粉塵治理提供參考。

1 工作面概況

王莊煤礦9105綜采工作面主要開采3#煤層，煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ級，不易自燃，地溫、地壓正常，無沖擊地壓現象。運巷長3300m，風巷長3394m，工作面切眼長340m，煤層總厚6.5m，容重為1.43t/m3。采煤工藝主要采用走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤全部垮落法管理頂板（綜采放頂煤）。工作面礦塵以煤塵為主，SiO2含量為4.83%～7.66%，均小于10%；粉塵分散度＜5μm占70%左右，5～10μm占17%左右，≥10μm占13%，大部分屬可吸入人體的呼吸性粉塵。實測綜采工作面的總粉塵濃度平均為600mg/m3，最高可達1000mg/m3，高粉塵濃度嚴重制約著職工作業環境改善和安全高效開采，因此，必須采取切實可行的粉塵治理技術和方法保障礦井安全高效開采。

2 粉塵綜合治理技術應用

2.1 煤層注水技術

煤層注水是綜采放頂煤工作面綜合防塵的主要措施之一，是通過鉆孔，用壓力水濕潤尚未開采的煤體，使煤體釆前得到充分預先濕潤，增加煤體的水分，在生產過程中大大減少或基本抑制浮游粉塵的產生，達到了減少煤塵飛揚和源頭降塵的目的[2]。

通過實驗室測定，3號煤層孔隙率為4.83%，原煤水分值為0.95%，工作面需采取煤層注水防塵措施。根據工作面實際情況，9105工作面煤層注水方式采用距工作面20～50m已回收的運巷、風巷向工作面打設的采前預抽孔，每間隔10m選取1個抽采鉆孔進行注水，使用3BZQ-20/15煤層氣動注水泵向煤層注水的雙向長鉆孔采前注水方式，注水鉆孔深度180m，封孔采用水泥砂漿進行封孔，封孔深度為20m，鉆孔間距為10m，注水壓力控制在10MPa，單孔注水量為562m3，水分增加率可達到2%～3%。實施注水后，工作面粉塵濃度可下降80%～90%。具體注水系統布置如圖1。

圖1 注水系統布置示意圖

2.2 采煤機負壓二次降塵技術

采煤機負壓二次降塵技術主要利用設置在工作面運巷車場內的高壓泵站,將靜壓水管中的靜壓水轉化成高壓水，并通過沿運巷敷設的高壓軟管輸送至安裝在采煤機兩端頭上的負壓二次除塵裝置，負壓二次除塵裝置將供給的高壓水，轉化成控制采煤機滾筒割煤產塵源向外擴散的汽霧流屏障和局部含塵氣流凈化系統。高壓汽霧流屏障可阻止和減少粉塵向外擴散，并且進行凈化；局部含塵氣流凈化系統可將采煤機兩端頭除塵裝置噴出高壓水的同時，將煤塵吸到裝置附近就地凈化，從而實現對采煤機滾筒割煤產塵負壓二次降塵的目的[3]，具體安裝布置如圖2。通過長時間監測結果顯示，司機操作地點、機組下風側等測點粉塵濃度可下降85%～90%，使得綜采工作面空間內粉塵濃度顯著降低。

圖2 負壓二次除塵裝置在采煤機上的安裝布置示意圖

2.3 架間擋塵裝置技術

綜采工作面架間擋塵裝置，主要采用“U”形盒接煤，再將盒內煤粉清除的方法。清煤采用高壓水沖洗裝置，高壓水沖洗裝置噴出高壓水，把“U”形接煤槽內煤塵沖走，能夠有效地阻擋落架和移架時的煤塵，改善作業人員工作環境，提高工作效率，具有安裝簡單、降塵效率高的優點[4]。具體安裝布置如圖3。

圖3 架間擋塵裝置安裝布置示意圖

2.4 紅外線傳感技術自動控制綜放面噴霧裝置

應用紅外線傳感技術自動控制綜放面噴霧裝置技術，不僅簡化了噴霧系統控制回路，提高工作可靠性，還減少了日常的維護和維修工作量。采用紅外線探頭監控支架工的移架和放煤操作，通過線路控制電磁閥的啟閉使架間噴霧同步工作。在回風巷中應用紅外線后方散射光方式的原理設計的紅外線粉塵傳感器自動控制回風巷霧幕的工作，設定粉塵濃度的比較值，當粉塵濃度傳感器探頭探測回風巷的粉塵濃度大于比較值時，控制霧幕噴霧降塵；當回風巷的粉塵濃度低于比較值時，控制霧幕自動停止工作，實現了綜采面自動滅塵的目的，可取代手動噴霧降塵的模式[5]。

2.5 轉載運輸系統自動噴霧降塵技術

針對采煤工作面的轉載運輸部位過程中產生的懸浮粉塵，主要利用密閉噴霧及觸控自動噴霧進行治理，能將運輸落煤粉塵控制在一定區域，提高噴霧降塵效果。

2.6 風流凈水噴霧降塵技術

在進風巷距車場口往里10～15m、距工作面30～50m各設一道凈化水幕，在回風巷距工作面30～50m內設兩道凈化水幕（含一道水幕捕塵網），凈化水幕及水幕捕塵網要隨采煤工作面推進及時移至規定距離。捕塵網安設在凈化水幕上風側300mm處，捕塵網濾網孔徑選擇在8～20目范圍內，捕塵網要求能覆蓋全斷面且不能積塵，每次割煤、出煤后先用長材工具打網，然后用水沖捕塵網上積塵，保證捕塵網上無煤塵堆積。

2.7 全程粉塵監測

安排專職測塵員，對綜采工作面司機操作采煤機位、放煤作業地點、移架作業地點、回風巷距工作面10～15m處、轉載點下風側等產塵點粉塵濃度進行檢測，總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度檢測次數每月兩次，每三個月對各崗位工種進行一次全工作班連續粉塵測定，并對工作面粉塵分散度和粉塵中游離二氧化硅含量每6個月測定一次。同時，完善粉塵濃度在線監測系統，綜放工作面必須安裝粉塵濃度傳感器，實時在線監測，通過各產塵點粉塵濃度監測分析，及時完善各類防塵措施，保證措施有效。

3 粉塵綜合治理效果

綜放工作面通過實施煤層注水、采煤機負壓二次降塵、架間擋塵裝置、紅外線傳感技術自動控制綜放面噴霧裝置、轉載運輸系統自動噴霧降塵、風流凈水噴霧降塵、全程粉塵監測等粉塵綜合治理技術，工作面各產塵點粉塵濃度均有較大幅度的下降。采煤機司機位全塵濃度由原來的980mg/m3降為171mg/m3，降塵效率達82.55%，呼塵濃度由原來的340mg/m3降為62mg/m3，降塵效率達81.76%；多工序時回風巷距工作面15m處全塵濃度由原來的320mg/m3降為58mg/m3，降塵效率達81.87%，呼塵濃度由原來的110mg/m3降為18mg/m3，降塵效率達83.63%。礦井粉塵得到了有效控制，降低了煤礦粉塵對作業人員的危害，為一線職工創造安全、健康的生產環境，杜絕職業病危害，對促進煤礦安全生產有著重要意義。