綜采工作面綜合防塵技術研究與應用

盧楊金

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

綜采工作面回采過程中產生的粉塵不僅能威脅作業人員的身體健康、降低工作面的可見度，而且粉塵達到一定的濃度以后在外火源作用下容易發生爆炸。因此，綜采工作面回采過程中必須在產塵地點采取有效的降塵、防塵的措施，以保障安全生產[1-4]。

1 工作面概況

南凹寺煤業有限公司主采山西組3#煤層，目前回采30407 工作面，工作面設計可采長度1390m，傾斜長248～230m，工作面布置如圖1 所示。工作面煤層平均厚度6.2m，煤層呈破碎態，易揮發，發育不穩定。工作面直接頂為泥巖-砂質泥巖-細砂巖，平均厚度為11m；基本頂為中粒粗砂巖，平均厚度14.5m；直接底為泥巖，平均厚度為2.1m。工作面水文地質條件簡單。工作面煤塵具有爆炸危險性，煤層自燃傾向等級為三類，不易自燃。工作面瓦斯絕對涌出量為1.5～4.8m3/min，屬于煤與瓦斯突出工作面。

圖1 30407 工作面平面布置圖

30407工作面采用綜合機械化放頂煤采煤工藝，工作面使用MG300/700-WD 型采煤機進行割煤，SGZ830/800 刮板輸送機運煤，ZF7000/18.6/40 型的液壓支架支護頂板。

2 工作面降塵技術現狀及問題分析

2.1 30407 工作面降塵技術

（1）輸送機機頭和運輸順槽噴霧灑水防塵

30407 工作面回采階段，對輸送機機頭和運輸順槽利用加裝高壓水管噴霧裝置除塵。該套除塵裝置由半徑8mm 的高壓水管、高壓噴頭、閥門等部件組合而成。噴霧設備安設在距離滾筒0.4m位置處，噴水量為0.4m3/min。輸送機需降塵時，需作業人員手動打開噴霧裝置。運輸順槽每隔250m，在距離巷道頂板1m 處安設一個噴霧裝置，噴水量為0.6m3/min，整條巷道共安裝6 套噴霧裝置。

（2）煤層注水防塵

30407 工作面回采過程中，沿回風巷道煤壁幫距離巷道頂板1.4m 處打設一排注水孔，注水鉆孔的深度為100m，孔間距為35m，采取高壓注水方式進行鉆孔注水防塵。

（3）工作面設備噴霧灑水

30407 工作面回采過程中，每隔25 液壓支架在支架頂梁下加裝噴霧灑水設備，整個工作面共安設5 套噴霧設備。工作面進行移架、割煤作業時，作業人員手動開啟噴霧裝置降塵。采煤機截割部安設噴霧裝置，當采煤機運行割煤時噴霧降塵。

2.2 存在的問題分析

（1）30407 運輸順槽兩部皮帶輸送機搭接高度為1.5m，皮帶輸送機運行速度是4m/s。在兩部皮帶搭接處，原煤由于高速運行產生撞擊會生產大量粉塵，而安裝的傳統噴霧裝置需要人為開啟，自動化程度低，降塵效果不佳。經現場檢測噴霧降塵后的粉塵濃度依然高達700mg/m3，并且由于此處經常灑水導致的煤流存在較多積水，增加輸送機負荷。

（2）運輸順槽共安設了6 套噴霧裝置，總噴水量為3.6m3/min，噴霧系統長時間開啟會導致巷道大量積水，因此，需要設置兩個臨時水倉對積水定期清理。

（3）回采時，30407 工作面風量2250m3/min，運輸巷與工作面的風速2.8m/s。受風速的影響，使用吊掛式噴霧裝置進行降塵時，噴出的水霧會被風吹散，無法實現預期的降塵效果。噴霧降塵后運輸巷和工作面的粉塵濃度經測定分別高達720mg/m3、831mg/m3，降塵效果差。

（4）采煤機割煤時，由于落煤速度較快，在使用內外噴霧灑水設施降塵時，對揮發性粉塵不能及時捕獲。工作面環境條件差，采煤時噴霧裝置噴頭經常被堵住，致使降塵效果不佳。回采時采煤機切割部粉塵濃度經現場檢測最高可達1155mg/m3，該處的能見度為8m。

（5）30407 工作面回采山西組3#煤層，該煤層的煤塵揮發性較高，采取傳統的注水不能滿足實際生產要求，降塵效果不佳。

3 30407 工作面降塵技術優化

3.1 自動化全封閉式噴霧裝置

（1）自動化全封閉式噴霧裝置安裝在皮帶輸送機機頭處。該裝置主要由受料平臺、全封閉式外殼、粉塵濃度檢測設備、煙霧設備、檢修門及平臺、下料口、高壓噴霧設施、200A 聯鎖開關、PLC 等設備組成，該裝置示意圖如圖2 所示。裝置全封閉式外殼高×寬為1.8m×1.5m，粉塵濃度檢測設備的動作保護值為75～160mg/m3。

圖2 自動化全封閉式噴霧裝置示意圖

（2）在聯鎖開關作用下，粉塵濃度檢測設備和高壓噴霧裝置在輸送機負重工作時接通電源。當粉塵濃度檢測設備檢測皮帶輸送機運送煤矸石時的粉塵濃度高于160mg/m3時，會及時將信號傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對高壓噴霧裝置發出“開啟”命令，而后，噴霧裝置及時噴水抑塵。該設備可以依據粉塵濃度高低自行對灑水量進行調節。當檢測到粉塵濃度低于75mg/m3時，設備會再次把信號傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對高壓噴霧裝置發出“關閉”命令，裝置自動停止工作。

（3）皮帶輸送機運送的煤矸石在經過該裝置收料平臺的碰撞后撞擊速度減小，且均勻轉載到下部皮帶輸送機上，經撞擊以后的煤矸石速度減小到1.2m3/s。

3.2 自動捕塵水幕裝置

自動捕塵水幕裝置由水簾、過濾池、水槽、高壓噴霧設備、旋轉設施、水泵、紅外線感應設備、80A 開關等部件構成。設備的水泵電機、紅外感應設備與旋轉設施均用連鎖開關控制開關，在距離水幕14m 處安裝紅外感應設備裝置。水幕水槽長4.6m、寬0.4m、深0.6m，在巷道底板起底處安設水槽，并在水槽上方鋪設與底板平行的鋼板。為方便巷道內的設備車輛移動，水幕在旋轉設備的作用下可以由里向外旋轉。自動捕塵水幕裝置示意圖如圖3 所示。

圖3 自動捕塵水幕示意圖

（1）在距離30407 工作面運輸順槽巷道開口25m 處和工作面超前45m 處分別安裝一臺自動捕塵水幕裝置。當皮帶輸送機運送原煤時，將裝置內水泵電機打開，在水簾作用下，水流會形成水幕捕塵，水流捕捉到煤塵后會進入過濾設備里進行過濾，過濾后的煤泥隨輸送機運輸，而水會重新流入水槽里，實現循環捕塵。

（2）當巷道內的設備車輛移動至紅外感應器時，紅外線被擋，信號反饋到聯鎖開關，開關及時將水泵電源關閉，水幕停止捕塵，同時旋轉設備的電機電源接通，水幕開始旋轉，方便設備車輛經過。待設備串車經過自動除塵水幕裝置后，紅外感應設備重新接收到紅外線，將信號反饋到聯鎖開關后，會將旋轉設備電機電源關閉，同時水泵電源被接通，水幕復位并開始捕塵。

3.3 工作面泡沫抑塵設備

30407工作面共安裝4臺MFD型泡沫抑塵設備。該設備由泡沫分配器、泡沫噴灑裝備、除塵管路、泡沫產生器和壓風管路等構成，如圖4 所示。4 臺設備分別安設在工作面刮板輸送機機頭和機尾、采煤機兩切割部位置。工作面生產時，在除塵水管中加入添加劑并接入泡沫產生器，在泡沫產生器攪拌作用下，添加劑與水發生化學反應生成高濃度泡沫，之后通過壓風管路的壓風作用噴灑到塵源，達到降低工作面煤塵的目的。

圖4 泡沫抑塵設備示意圖

3.4 優化鉆孔布置方式

為了提升煤層的濕潤程度，達到較好的降塵效果，使用交錯邁步的鉆孔施工方式在工作面兩巷煤壁側施工注水鉆孔。新施工鉆孔深度125m，鉆孔直徑40mm。

在回風巷道距離工作面20m 位置施工第一個注水鉆孔，注水鉆孔距離巷道頂板1.2m。在距離第一個注水鉆孔20m 處施工第二個注水鉆孔，鉆孔距離巷道頂板2.4m。由此，在回風巷道形成邁步式鉆孔布置形式。待回風巷道注水鉆孔施工完成后，在運輸巷道按照同樣的方式施工注水鉆孔，鉆孔間距20m。第一個注水鉆孔距離工作面30m，距離巷道頂板2.4m。第二個注水鉆孔距離第一個注水鉆孔20m，距離巷道頂板1.2m。由此，在運輸巷道形成邁步式鉆孔布置形式。兩巷道煤壁注水組合成交替邁步式布置形式。

巷道注水鉆孔施工完成后，采用高壓注水的方式向鉆孔注水。單個鉆孔的注水壓力為5.0MPa，單次總注水鉆孔數量為4 個，每條巷道2 個。待工作面推進至距離注水鉆孔10m 位置時，向第二組鉆孔進行高壓注水。依次循環直至工作面回采完畢。

4 應用效果分析

（1）30407 工作面運輸順槽皮帶輸送機機頭處安裝全封閉自動化噴霧降塵裝置后，提高了降塵的自動化程度，且緩沖裝置緩解了輸送機煤流的碰撞速度，降低揮發性煤塵的揮發效果。經現場檢測：機頭處安裝自動化全封閉式噴霧裝置后，該處煤塵最大濃度為125mg/m3，降塵效果明顯。

（2）30407 運輸順槽裝設自動化捕塵水幕后，在巷道整個斷面上形成水簾捕塵。安裝使用之后，經檢測巷道粉塵最高濃度為180mg/m3。該裝置不受巷道風速影響，捕捉灰塵效果好，且循環使用靜壓水，避免巷道因除塵造成的積水問題。

（3）工作面泡沫降塵設備產生泡沫具有顆粒較小、黏附性強、數量多的特點。使用泡沫除塵設備后，經過現場檢測，工作面生產時，采煤機切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機機頭、機尾處最高粉塵濃度為130mg/m3，該裝置有效抑制了粉塵擴散。

5 結論

通過對南凹寺煤業30407 工作面粉塵治理效果差的原因進行分析，采取在工作面、運輸順槽、皮帶輸送機機頭處改裝自動感應全封閉式噴霧裝置、泡沫降塵設備、自動化捉塵水幕裝置及打設交錯邁步注水孔等綜合降塵措施，防塵降塵效果明顯。30407 運輸順槽皮帶輸送機搭接處最大濃度為125mg/m3，運輸巷道粉塵最高濃度為180mg/m3。工作面生產時，采煤機切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機機頭、機尾處最高粉塵濃度為130mg/m3，且工作面推進速度提升到6m/d，提高了礦井生產效率。