綜采工作面綜合防塵技術研究

楊宏飛

【摘 要】 針對綜采工作面煤炭回采時普遍存在的粉塵濃度高、煤層原始含水率低等特點，本文基于粉塵分源治理、防降結合思路，提出綜合使用煤層超前注水、采煤機高壓噴霧、轉載機及破碎機密閉噴霧降塵、回風巷濕式捕塵簾降塵等立體粉塵防治技術，現場應用取得較好粉塵防治效果。研究結果表明：1）超前注水增加煤層自身含水率可降低綜采工作面粉塵產生量，鉆孔參數設計時應綜合考慮采面斜長、瓦斯壓力、滲透性系數以及埋深等參數，以便達到增加煤層注水效果目的;2）采煤機割煤以及液壓支架是綜采工作面主要產塵點，采用自動化噴霧除塵系統可依據采煤機位置、液壓支架狀態進行自動噴霧，在減少噴霧用水使用量的同時達到高效除塵效果;3）在采面轉載機及破碎機綜合使用防塵罩、噴霧裝置可減少粉塵外溢量;4）在距離采面50m范圍內布置3道由六頭盒式噴頭、過濾紗窗、過濾紗門等構成的濕式捕塵簾可有效降低回風巷內粉塵濃度。研究成果可為其他礦井類似情況下綜采工作面粉塵綜合防治提供經驗借鑒。

【關鍵詞】 煤炭開采;防塵技術;煤層注水;噴霧降塵;高壓噴霧

【中圖分類號】 TD714 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）05-0011-03

粉塵是煤炭資源開采過程中的連帶產生物，高濃度粉塵會影響井下作業人員身體健康，而且當粉塵具有爆炸性時會給煤炭回采帶來嚴重安全威脅。

目前礦井常用的粉塵防治措施有煤層注水、沖洗巷道浮塵、濕式打鉆、轉載機及帶式輸送機噴霧降塵、采煤機噴霧、凈化水幕等，通過綜合使用多種粉塵措施可達到提高粉塵防治效果目的。11305綜采工作面開采的11號煤層具有突出危險性，本身含水率低，采面回采期間粉塵產生量較大，為此，文中就以該采面粉塵防治為工程背景，基于粉塵分源治理、防降結合思路設計立體防塵技術方案并進行工程應用，以期為其他礦井類似情況粉塵防治提供經驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦11305工作面開采11號煤層，煤厚4.2m，采用綜合機械化開采工藝，采高4.2m。11號煤層傾角9°，埋深平均560m，屬于煤與瓦斯突出煤層。11305工作面設計走向推進長度1256.5m、切眼傾向長度226m。11號煤層為優質的無煙煤，煤質分析結果為：Ad=11.27%、Mt=2.7%、St=1.85%、Vdaf=9.08%。11305工作面額定供風量為1205m3/min。采用CCGC-1000測塵儀對上述位置粉塵濃度進行測定，具體測定結果見表1。

從表1看出，采面在回采過程中粉塵產生量較高，作業人員長期處于高濃度粉塵下會嚴重影響身體健康，而且11305工作面開采的11號煤層煤塵具有爆炸性，高濃度粉塵會給回采安全帶來威脅。因此，應針對采面實際情況進行針對性粉塵防治。

2 采煤工作面立體防塵技術

根據以往研究成果并結合11305工作面粉塵產生量大、煤層原始含水率低等特點，基于粉塵分源治理、防降結合思路設計立體防塵技術方案。

2.1 煤層超前注水

煤層超前注水是在采面開采前以及開采過程中向煤體進行有壓注水，水在煤體內裂隙擴展增加煤層水分，進而降低煤炭開采時粉塵產生能力。煤層注水是降低采煤工作面粉塵產生量的最有效技術之一。

11305工作面開采的11號煤層煤體結構簡單，大部分可采，煤層自然含水率介于1.0%～2.2%、孔隙率在4%以上，采面斜長226m。根據采面情況，并結合《煤礦安全規程》相關注水規定，確定采用雙向長鉆孔方式進行煤層注水。具體注水方案為：

注水孔開孔高度為1.8m、鉆孔間距5.0m、傾角12°，鉆孔孔徑75mm、孔深115m;注水孔封孔用膨脹式封孔器，有效封孔長度在10m以上;鑒于11號煤層孔隙發育，透水性較強以及煤層瓦斯壓力較大（原始瓦斯壓力1.5MPa），將注水壓力設計為4～6MPa，注水過程中通過調節注水流量調整注水壓力。

在煤層注水過程中監測注水壓力、注水流量等參數，確保注水完成后煤層含水率增加量在1.5%以上。

2.2 采煤機高壓噴霧

11305工作面采煤機原采用內外噴霧技術降塵，但是受到噴霧降塵水壓低、噴霧水質差等因素影響，采煤機內噴霧常出現堵塞、外噴霧霧化效果不佳等問題，難以對采煤機割煤時產生的細微粉塵進行捕捉;同時采煤機不斷移動，割煤滾筒擺動幅度大、產塵位置不斷變化，粉塵在風流影響下快速擴散，采煤機常規的內外噴霧系統難以有效覆蓋割煤產塵點，從而使得采煤司機位置以及采面內粉塵濃度較高。為有效降低采煤機割煤粉塵外溢量，決定在采煤機上增加布置塵源跟蹤高壓噴霧系統，以便實現采煤機割煤滾筒破煤區全覆蓋，具體塵源跟蹤高壓噴霧系統結構見圖1所示。

塵源跟蹤高壓噴霧系統由主控箱（1個）、分控制器（若干組）、光控發射傳感器（1個）、光控接收器（若干個）以及電動球閥（若干個）等構成。具體除塵原理為：在采面布置N個噴霧點（單個噴霧點包括電動球閥、光控接收器以及分控制器），當采煤機移動至1號噴霧點位置后，采煤機光控發射傳感器發出的信號被光控接收器接收后傳輸給分控制器，控制器向電動球閥發出指令從而實現噴霧點噴霧;當光控接收器接收不到信號后按照設定的延時時間噴霧，當延時時間到后噴霧點停止噴霧;后續的噴霧點按照相同方式進行噴霧，從而實現采煤機全覆蓋降塵。噴霧系統還可以控制采煤機下風流方向噴霧點噴霧，從而有效降低采面內粉塵量;同時還可以根據采煤機割煤時粉塵產生濃度智能控制噴霧點數量，達到控制采煤機割煤粉塵濃度的同時降低噴霧用水量。

2.3 液壓支架移架自動噴霧

液壓移架產塵是綜采工作面第二大產塵源，為此提出采用移架自動噴霧系統進行降塵，實現噴霧降塵與液壓支架移架同步聯動。移架自動噴霧系統由降柱移架噴霧架、自動噴霧控制裝置、高壓供水管路以及相關配件等構成，具體見圖2。

在支架降柱移架過程中降塵系統自動開啟，支架完成升架支撐后自動停止噴霧，同時噴霧壓力可在0.4～0.8MPa范圍內調整。可根據現場情況調整噴霧壓力，將噴霧覆蓋整個降柱移架支架，從而達到最佳噴霧降塵效果。

2.4 轉載機及破碎機降塵

對于破碎機降塵可綜合使用防塵罩、噴霧裝置實現，將破碎機產生的粉塵控制在防塵罩內并通過噴霧降低防塵罩內粉塵濃度。由于轉載機難以有效覆蓋，為此采用噴霧方式降塵，具體在運煤流線路上安裝3～5個高壓噴霧噴嘴，對轉載過程進行全覆蓋噴霧降塵。考慮到轉載點位置有人員專門值守、作業人員可及時進行噴霧控制，為此此處噴霧降塵采用手動控制方式，將噴霧控制閥門布置在距離轉載機司機5m以內位置。

2.5 回風巷濕式捕塵簾

為有效降低回風巷內粉塵濃度，在距離采面50m范圍內布置3道濕式捕塵簾，捕塵簾由過濾紗窗、防塵水幕、過濾紗門等構成，可實現巷道全斷面覆蓋。

根據11305工作面回風巷斷面，采用2寸鋼管制作成與巷道斷面一致的框架，并在巷道過人、過車位置布置可以開啟小門（小門上仍有防塵網），在框架上布置防塵網;在噴霧水管上均勻布置噴頭，噴頭為霧化效果顯著的六頭盒式噴頭，具體見圖3所示。

噴霧后即會在防塵網上形成“霧膜”，空氣中粉塵在“霧膜”作用下粘附到防塵網上并流向巷道底板水溝中。采用的濕式捕塵簾可隨著采面推進移動，挪移較為便捷。具體回風巷濕式捕塵簾現場噴霧情況見圖4所示。

3 綜合防塵效果分析

在11305采煤工作面使用立體化防塵技術后，為考察防塵效果采用CCGC1000測塵儀對措施實施后的粉塵濃度進行測定，并結合表1中原有粉塵濃度對防塵效果進行計算，具體測定結果見表2所示。

從表2看出，在11305采煤工作面使用立體化防塵技術治理粉塵取得顯著效果。采煤機割煤時采煤機司機位置粉塵全塵濃度由500mg/m3以上降低至100mg/m3以下、呼吸性粉塵濃度由200mg/m3左右降低至50mg/m3左右，全塵、呼吸性粉塵綜合降低率分別達到82.8%、78.2%;回風巷內全塵以及呼吸性粉塵濃度分別控制在25.7 mg/m3、10.6 mg/m3，綜合降塵率分別達到86.6 %、74.7%。

4 結論

文章對煤層注水方案、采煤機噴霧降塵、破碎機及轉載機降塵、回風巷濕式捕塵簾技術方案進行設計。采煤機噴霧降塵可根據采煤機位置進行針對性降塵，在滿足采面降塵需要基礎上避免采面積水;液壓支架移架自動降塵可根據液壓支架工作狀態進行自動噴霧;回風巷濕式捕塵簾不受回風巷風速影響，可實現全斷面降塵。

除塵方案應用后采煤工作面全塵、呼吸性粉塵綜合降塵率平均分別為84.5%、78.7%。

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