綜放工作面綜合防塵技術應用探討

胡繼龍

（安徽省亳州煤業有限公司信湖煤礦，安徽 淮北 235000）

1 概況

我國有許多特大型現代化高產高效礦井，其主采煤層很多是大于8 m的巨厚煤層，往往采用綜采放頂煤工藝進行回采[1]。綜放回采高產高效、成本低，但是隨著采高和落煤高度的增加，也產生了大量煤塵，污染綜采作業環境，同時影響了設備正常運轉和工人健康[2-3]。對產生的高濃度煤塵，目前傳統的除塵工藝已經難以滿足安全生產需要，因此采用行之有效的綜合防塵除塵技術具有重要的現實意義。

楊莊煤礦10-422工作面為走向長壁工作面，綜放工藝，全部垮落法管理頂板；主采煤層平均厚度8.1 m，埋深平均352 m，平均傾角6°；走向長725 m，傾向長202 m。該工作面在生產過程中粉塵濃度可超過500 mg/m3，對工作面作業環境產生嚴重影響。采用三位一體綜合防塵措施后，大大降低了作業空間的粉塵濃度。

2 粉塵分析

2.1 測定方法

目前大多數煤礦主要采用重量法、分光鏡法、X射線衍射測定法、β射線粉塵監測等粉塵監測方法［4］。其中，應用最為廣泛的是重量法，但其操作步驟繁瑣，而分光鏡法、X射線衍射測定法操作非常復雜，且對監測環境要求高，并不適用于井下多點連續監測。β射線粉塵監測利用測塵儀可直接讀出粉塵濃度，具有高精度、操作方便，不受待測粉塵自身參數影響等優點，適合煤礦井下粉塵監測。

2.2 來源分析

根據以往的生產經驗，綜放工作面粉塵主要來自破煤回采、放頂煤、移架和轉載等回采工序中[5]。其中，在破煤回采過程中產生的粉塵量最大，且粉塵源會隨著采煤機的移動而發生轉移； 在移架期間，頂板煤層破碎垮落產生大量粉塵，難以控制；放頂煤后溜運煤期間也會連續產生粉塵，且由于放頂煤處風量不足，產生高濃度粉塵，并隨著風流轉移；轉載機處落煤過程中產生較大揚塵，但位置固定，適于集中進行降塵。綜上所述，在整個綜放過程中粉塵來源較多，且多數難以集中控制，防塵降塵難度較大。

3 粉塵測定

通過對粉塵來源的分析，擬在進風口、轉載機前后側、采煤機前后側、放煤口及移架下風側、回風口和回風巷降塵噴霧下風側等處對粉塵濃度進行檢測，見圖1。根據監測結果繪制了工作面粉塵濃度分布，見圖2。

圖1 粉塵監測設計

圖2 粉塵濃度分布

對粉塵濃度監測數據進行分析可知，放煤回采和移架時產生粉塵較多，通過風流的匯集，工作面回風口處測得的粉塵濃度高達417.5 mg/m3，因此對破煤回采、放煤、移架工序進行有效降塵是其除塵的關鍵所在。

4 “三位一體”防塵技術

針對工作面粉塵產生的特點，主要防塵降塵手段包括煤層注水、噴霧降塵、物理化學防塵等。

4.1 煤層注水

在工作面的上、下順槽施工注水鉆孔，封孔后將高壓水注入煤體中。水分會隨著煤層裂隙對周邊煤體進行浸潤，提高含水量。煤層注水工作要超前工作面一定距離進行，注水間距可以通過計算和實驗獲得。煤層注水后，提高了煤體濕度，在煤體受到破壞時可大大降低產塵率。

4.2 噴霧防塵

噴霧降塵是煤礦最普遍使用的降塵方案，布置形式簡單，但有效半徑較小，且除塵效果與霧化效果關系密切，因此需要對其進行綜合設計。

4.3 物理化學除塵

物理防塵主要原理是磁化水降塵。水磁化后表面張力下降，可提高粉塵吸附性能，提高降塵效果?；瘜W防塵主要采用添加化學制劑提高粉塵潤濕性達到降塵目的。

5 工程實踐

5.1 煤層注水防塵

在工作面上、下順槽以20 m為間隔設計鉆場，向工作面內部施工長鉆孔，采用高壓水泵向煤壁進行高壓注水，切眼超前支護時拆除注水設備；在綜采隊檢修班對工作面煤壁施工注水孔，孔深10 m，間距5 m，封孔后利用礦井靜壓水進行潛孔注水，提高煤體的含水率。煤層注水也同時增加了煤體塑性，在工作面回采過程中不容易發生片幫現象，減少了煤塵來源。

5.2 多級噴霧降塵

（1）工作面上、下順槽均采用Φ108 mm水管，減少壓降，在上巷安裝型號為BPW250/63的滅塵泵，提高靜水壓力至6 MPa。

（2）上風巷安裝5道凈化噴霧，首道噴霧與切眼上拐頭距離30 m。噴霧固定在巷道頂部，并采用了旋轉噴霧裝置，該裝置利用水壓提供動力進行旋轉，配合防塵簾使用達到全覆蓋效果，見圖3。

圖3 旋轉噴霧

（3）在工作面架間安裝噴霧裝置，移架時可以發揮較好的減塵作用。

（4）采用KZD自動定位噴淋設備，該設備具有紅外定位功能，當采煤機運行至某支架下側時，紅外設備進行定位，對應液壓支架前端的兩個噴嘴會自動向滾筒下風側進行噴淋，起到良好的降塵效果。定位噴淋裝置見圖4。

圖4 定位噴淋裝置

（5）在下巷轉載機下風側安裝自動噴淋器。利用托架將轉載自動噴淋器安裝在轉載點上方，流煤處設置控制桿，當煤流經過時碰觸控制桿打開自動噴淋器，對轉載點進行全覆蓋噴霧降塵，煤流停止時，控制桿恢復，關閉噴淋裝置，節省用水量。轉載機自動噴淋器見圖5。

圖5 轉載機自動噴淋器

5.3 物理化學降塵

（1）將RTM磁化器安裝在噴霧管道內，對水流進行磁化，提高其降塵效果。

（2）利用加注設備將濕潤劑混入噴霧水中，提高粉塵濕潤能力，達到降塵目的。

6 應用效果

圖6 采用綜合防塵技術前后粉塵濃度變化情況

應用“三位一體”綜合防塵技術后，對工作面各對應位置的粉塵濃度進行了監測對比，發現10-422工作面的粉塵濃度出現了顯著下降，回風口粉塵濃度降低為133.7 mg/m3，降幅67.8%。粉塵濃度變化情況見圖6。

7 結語

1）工作面在回采放煤、移架期間產生的粉塵數量最多，因此需要針對其采取防塵措施。

2）在采用了煤層注水、多級噴霧降塵和物理化學防塵即“三位一體”綜合防塵措施后，工作面粉塵濃度顯著降低，回風口的粉塵濃度降低為133.7 mg/m3，降幅67.8%，有效消除了粉塵隱患，改善了工作面作業環境。

3）煤層注水提高了煤層的含水率，同時增加了煤體塑性，保證了工作面煤壁完整，減少片幫現象的發生，對降塵發揮了重要作用。