綜采工作面綜合防塵技術(shù)研究應(yīng)用

畢 炯

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

引 言

綜采工作面回采期間落煤點(diǎn)、運(yùn)輸順槽以及卸煤點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生高濃度粉塵，不僅降低了工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平以及工作面能見度，不利于工作面安全施工，而且高濃度揚(yáng)塵很容易發(fā)生煤塵爆炸事故。目前，我國多數(shù)煤礦采掘工作面主要采用的是噴霧降塵技術(shù)措施，但是該技術(shù)自動(dòng)化水平低，降塵效果差，而且長期噴霧灑水降塵會(huì)造成礦井靜壓水流失嚴(yán)重，采掘工作面積水量大，無法滿足工作面高效除塵需求。以山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司15201工作面為例，對工作面回采期間降塵措施進(jìn)行優(yōu)化，提出了綜合防塵技術(shù)。

1 綜采工作面概述

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司15201回采工作面位于二采區(qū)的中部，東部為實(shí)體煤層，西部20 m為準(zhǔn)備面15202回風(fēng)順槽。南面30 m為井田邊界，北部為西翼回風(fēng)大巷、膠帶大巷、軌道大巷。

15201回采工作面設(shè)計(jì)走向長度為2 580 m，傾向長度為200 m，工作面回采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組15#煤，平均厚度為3.2 m，平均傾角為3.5°，工作面煤層厚度變化不大，無突變現(xiàn)象，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部褶曲現(xiàn)象比較明顯，但對整個(gè)工作面回采工作影響不大，含夾矸2層，單層厚0.02 m～0.1 m。940 m～1 140 m，15#煤層上部有一層夾矸，厚度0.5 m～1.5 m，夾矸上部有一層14#煤層，厚度0.9 m～1.0 m。受煤層賦層影響，15201工作面回采前期工作面采煤機(jī)落煤點(diǎn)、運(yùn)輸順槽、以及卸煤點(diǎn)粉塵濃度大，傳統(tǒng)采用噴霧降塵效果差，無法滿足巷道降塵要求。

2 綜合防塵技術(shù)應(yīng)用

為了進(jìn)一步提高15201回采工作面防塵技術(shù)水平，降低工作面粉塵濃度，決定對綜采工作面順槽安裝全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置、液壓支架安裝泡沫抑塵裝置并優(yōu)化工作面噴霧噴頭等綜合防塵措施。

2.1 安裝全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置

1) 全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置主要由噴管、高壓噴嘴、捕塵網(wǎng)等部分組成。通過除塵裝置進(jìn)行除塵，實(shí)現(xiàn)塵霧耦合作用。塵霧耦合作用主要是指在采掘作業(yè)場地，通過捕塵裝置實(shí)現(xiàn)噴霧顆粒與高濃度飛揚(yáng)的粉塵顆粒惰性凝結(jié)，通過濕潤粉塵顆粒，從而有效降低粉塵張力作用，并增加了粉塵顆粒重力，使其沉降[1]。

2) 首先將全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置安裝在運(yùn)輸順槽或回風(fēng)順槽內(nèi)，安裝過程中保證裝置與巷道圍巖固定牢固，裝置安裝后調(diào)整噴頭使噴頭噴出的水霧擴(kuò)散直徑大于噴管內(nèi)徑，如第104頁圖1所示。

3) 高壓高壓噴嘴噴出水霧后，噴嘴前方空氣被水霧推出，從而形成真空，在噴嘴處產(chǎn)生一定負(fù)壓，在負(fù)壓作用使噴嘴后方含塵氣流不斷被吸入氣流引射裝置的噴管內(nèi)[2]。

4) 含塵氣流中粉塵在噴管內(nèi)與水霧不斷碰撞，使得小顆粒粉塵與水霧結(jié)合，并同水霧快速噴出，粉塵顆粒噴出后由于自身重力增加，會(huì)自動(dòng)下沉；同時(shí)降塵后的新鮮空氣繼續(xù)以較高速度噴出，在噴出端再次形成負(fù)壓場，并使周圍污風(fēng)進(jìn)入噴霧場，進(jìn)行二次凈化降塵。

圖1 全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置降塵機(jī)理示意圖

2.2 工作面安裝泡沫抑塵器

1) 綜采工作面安裝的泡沫抑塵器主要由泡沫發(fā)生器、除塵風(fēng)水管、旋轉(zhuǎn)噴頭、電控液閥、PLC控制器、傳感器等部分組成，如圖2所示。

2) 泡沫抑塵器主要安裝綜采工作面支架頂梁下端，工作面每隔50 m安裝一臺泡沫抑塵器。

3) 工作面回采期間飛揚(yáng)的粉塵被泡沫抑塵器中傳感器監(jiān)測，并將監(jiān)測到的粉塵濃度上傳至PLC控制器；通過PLC控制分析處理后，打開電控液閥使得泡沫產(chǎn)生器產(chǎn)生高濃度泡沫，并通過旋轉(zhuǎn)噴頭噴出，達(dá)到降塵目的[3]。

4) 泡沫抑塵器與傳統(tǒng)噴霧裝置相比，泡沫抑塵器噴出泡沫體積大、附著力強(qiáng)，泡沫顆粒與粉塵顆粒可進(jìn)行1:2配比進(jìn)行吸附，降塵效果好，而且泡沫顆粒與水霧顆粒相比，對工作面設(shè)備影響小，可提高工作面作業(yè)環(huán)境質(zhì)量。

圖2 綜采工作面泡沫抑塵器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 優(yōu)化工作面噴霧噴頭

1) 噴頭是噴霧除塵裝置中重要元件，噴頭質(zhì)量直接關(guān)系著噴霧效果，目前我國煤礦井下噴霧噴頭主要采用鐵質(zhì)多孔擴(kuò)散噴頭，水流在水壓作用下通過噴頭噴出；但是傳統(tǒng)噴頭還存在一些問題，制約著噴霧效率及效果，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

a) 由于井下環(huán)境潮濕且含有很多腐蝕性物質(zhì)，傳統(tǒng)噴頭在使用過程中很容易被腐蝕損壞，噴頭出現(xiàn)生銹、斷裂等現(xiàn)象，降低了噴霧效果，需定期對噴頭井下更換，增加了噴頭成本費(fèi)用[4-5]。

b) 傳統(tǒng)噴頭噴霧時(shí)主要利用靜壓作用，將水流噴出，但是當(dāng)水壓不足或水質(zhì)質(zhì)量差時(shí)，水流很難被霧化，從而達(dá)不到預(yù)期的噴霧降塵效果。

2) 針對傳統(tǒng)噴頭的不足，通過研究決定，對井下所有噴霧噴頭井下優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后噴頭采用高錳鋼制成，在噴頭上安裝一個(gè)增加器，從而解決了傳統(tǒng)噴頭增加不足，造成噴霧效果差等技術(shù)難題。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2019年8月山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司對15201回采工作面采取了綜合防塵技術(shù)，截止2019年12月14日，15201回采工作面已完全回采到位，通過對15201工作面采取安裝全斷面負(fù)壓高效捕塵裝置、安裝泡沫抑塵器以及優(yōu)化噴霧噴頭等綜合防塵措施后，通過實(shí)際應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，綜合防塵技術(shù)有效降低了工作面粉塵濃度，采取措施后工作面粉塵濃度由原來的132 mg/m3降低至25 mg/m3以下，提高了作業(yè)場所環(huán)境質(zhì)量，保證了工作面安全高效生產(chǎn)。

4 結(jié)語

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司對15201回采工作面采取綜合防塵技術(shù)后，大大提高了工作面防塵技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面安全穩(wěn)定生產(chǎn)，該綜合防塵技術(shù)為煤礦粉塵防治提供了實(shí)際借鑒，為煤礦采掘工作面降塵優(yōu)化、實(shí)施提供參考依據(jù)，具有良好的推廣意義。