雙柳煤礦綜掘工作面綜合降塵技術應用

王宇航

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300 )

1 工作面概況

雙柳煤礦位于柳林縣西北部，配備2個綜采放頂煤工作面和4個綜合機械化掘進工作面，設計生產能力3.00Mt/a。該礦試驗工作面煤層經山西煤炭綜合測試中心鑒定煤層煤塵爆炸指數為30.8%～40.9%，煤塵具有爆炸性。同時鑒定該煤層自燃傾向性為III級，不易自燃。2013年，礦井相對瓦斯涌出量為15.19m3/t，絕對瓦斯涌出量為82.01m3/min。雙柳煤礦近年來瓦斯等級鑒定結果見表1，屬于高瓦斯礦井，根據集團規定要求，按突出礦井管理。

試驗工作面采用EBZ-200型掘進機進行施工，巷道斷面為矩形，高3.4m，寬5.6m，凈面積17.28m2；采用兩臺FBDN07.5型對旋軸流式局部通風機供風，實測供風量為480m3/min。該工作面供風量大，防塵措施簡易，掘進機割煤時現場司機處粉塵達723mg/m3，機尾10m處呼吸性粉塵濃度達225mg/m3。主要產塵特點如下：

表1 2007～2013年度礦井瓦斯等級鑒定結果

（1）截割垮落產塵嚴重。掘進工作面截割高度大，作業時截割及垮落產生大量粉塵是工作面粉塵污染的主要來源，在風流作用下，粉塵擴散迅速，不易被有效控制、捕捉和沉降；

（2）轉載點瞬時產塵量大。掘進機集中出煤時，松散干燥煤體經過一運二運轉載點時沖擊產生大量粉塵，在迎頭渦流的作用下快速擴散，并長時間懸浮不易沉降；

（3）迎頭風流紊亂加速粉塵表現為無序擴散。距迎頭近，且供風量大，風筒出口風速高，風流直接吹至迎頭，受阻擋后卷吸大量粉塵向四周快速擴散。

2 綜合降塵技術應用

為有效治理綜掘工作面的粉塵危害，首先采用低壓大流量噴霧增加破碎煤體水分含量，減少割煤垮落及轉載運輸沖擊產塵，再利用長壓短抽通風除塵系統，減少軸向出風量并控制含塵氣流在迎頭3m范圍內。此外，還在噴霧用水管路中添加濕潤劑，進一步提高了以上兩種降塵措施對粉塵的捕集能力。

2.1 低壓大流量噴霧降塵技術

根據雙柳煤礦實驗工作面的現狀，對低壓大流量噴霧降塵技術應用設計如下方案。在掘進機炮頭根部朝向煤壁和底板噴霧的方向，布置一環形噴霧裝置；在橋式轉載機膠帶上方一運二運轉載點附近，根據距離要求各布置3組噴霧，詳細布置圖可見圖1。

圖l 低壓大流量噴霧裝置安裝示意圖

從圖1可以清晰地看到環形噴霧裝置、一運轉載噴霧裝置和二運轉載噴霧裝置的安裝情況：

（1）環形噴霧裝置共有13個低壓噴嘴，具體的安裝方向如下。6個SD502噴嘴朝向煤壁；機身左右兩側各3個PZ1型噴嘴朝向底板。根據相應的技術參數，兩類噴嘴孔徑均為3mm，靜壓2MPa時，SD502噴嘴和PZ1型噴嘴的流量為別為10L/min和8L/min。

（2）一運轉載噴霧裝置3組，每組為4個KA304噴嘴，布置位置為轉載點上方1組，橋式轉載機上方2組。KA304噴嘴單個流量為7L/min。

（3）二運轉載噴霧裝置3組，每組4個KA304噴嘴。布置位置為橋式轉載機上方2組，轉載點處1組，KA304噴嘴單個流量為7L/min。

2.2 通風除塵技術

通風除塵技術的關鍵在于控制好工作面軸徑向出風比，從而達到配合其它除塵系統降低粉塵的目的。針對雙柳煤礦實驗工作面EBZ-200型掘進機結構，為盡可能將吸塵罩靠近迎頭，采用分布式布置方式，具體如圖2所示。

（1）吸塵罩布置。從圖2中可以看到，吸塵罩共有5個小型吸塵罩，布置位置分別為：掘進機截割頭根部2個，掘進機機身左右兩側各1個，掘進機靠近進風側的機面上1個。

圖2 長壓短抽通風除塵系統安裝布置示意圖

（2）通風除塵系統配套的布置。依次將連接附壁風筒、調風閥門和整流風筒都布置在供風風筒的前方，調節調風閥門開啟角度實現軸徑向出風比，并利用整流風筒將經過調風閥門后的紊亂風流變為穩定風流。

（3）主要技術參數。附壁風筒和供風風筒軸向出風口距離工作面迎頭的距離分別為20m和10m，設定兩者的出風比例為6:1，設定整流風筒的出風口位置是對著司機方向位置，能保障司機處在新鮮風流當中。

2.3 添加濕潤劑

除以上兩種降塵措施之外，為了盡可能地提高降塵效果，還可以有針對性地添加濕潤劑。考慮到煤體濕潤性差，可以在主供水管路中連接一套濕潤劑添加裝置，利用流體自身動力來對煤體進行濕潤劑的添加，提高煤體的濕潤性，達到減少粉塵產生的目的。掘進工作面工作時噴霧用水量約為250L/min，濕潤劑最佳配比濃度0.5%計算，濕潤劑添加量設定為1.0kg/min時，其降塵效果最佳。

3 降塵效果分析

雙柳煤礦采用了低壓大流量噴霧降塵技術、長壓短抽通風除塵技術和添加濕潤劑技術進行了全面的綜合治理。檢測數據表明：單獨用低壓大流量噴霧降塵措施后，司機處的呼吸性粉塵的降塵效率可達到75.1%，機尾10m處呼吸性粉塵降塵效率可達到69.8%；單獨采用長壓短抽通風除塵措施后司機處的呼吸性粉塵降塵效率可達到91.1%，機尾10m處呼吸性粉塵降塵效率可達到88.0%；單獨采用添加濕潤劑措施后，司機處的呼吸性粉塵降塵效率可達到32.8%，機尾10m處呼吸性粉塵降塵效率可達到22.2%；同時采用以上三種措施后司機處的呼吸性粉塵降塵效率可達到96.9%，機尾10m處呼吸性粉塵降塵效率可達到95.8%。

4 結論

（1）低壓大流量噴霧降塵技術能增加煤體表面水分含量，可減少粉塵的發生，長壓短抽通風除塵技術通過調節相關技術參數，實現對含塵氣流的控制及抽塵凈化；

（2）采用低壓大流量噴霧、通風除塵及添加濕潤劑等綜合降塵技術，司機處的呼吸性粉塵降塵效率達到96.9%，機尾10m處的呼吸性粉塵降塵效率達到95.8%，有效解決了綜合機械化掘進工作面粉塵濃度高的問題。