伏巖礦3109 回采工作面粉塵綜合防治技術(shù)應(yīng)用

原成靜

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)伏巖煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)城 048100）

采煤工作面是煤礦井下最主要的產(chǎn)塵點(diǎn)之一，伏巖礦3109 回采工作面總粉塵濃度最高可達(dá)1500 mg/m3。長(zhǎng)時(shí)間在高濃度粉塵條件下工作，工人易吸入過(guò)量粉塵，最終引發(fā)塵肺病等心肺系統(tǒng)疾病。本文針對(duì)伏巖礦3109 采煤面采煤過(guò)程中主要產(chǎn)塵點(diǎn)設(shè)計(jì)了以泡沫抑塵技術(shù)為主的綜合降塵措施，測(cè)定了降塵效果，研究成果對(duì)其他采煤面有借鑒作用。

1 工作面概況

伏巖礦隸屬于山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)，位于山西省晉城市陽(yáng)城縣。3109 工作面所屬的3#煤層穩(wěn)定，厚度變化小，平均厚度為4.96 m，傾角3°～8°。煤層中局部地方有小型構(gòu)造，以亮煤為主，煤種為優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，硬度f(wàn) 值為1.2。3109 工作面走向長(zhǎng)度平均350 m，可采290 m，傾向長(zhǎng)度平均139 m，面積47 950 m2。工作面位于背斜軸部東翼，此背斜對(duì)開(kāi)采無(wú)影響，范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)沖蝕帶、陷落柱、火成巖。工作面采用MWG250/600-W 型雙滾筒采煤機(jī)落煤，采高 3.6 m，截深0.6 m。采煤機(jī)采用端頭斜切進(jìn)刀方式，雙向割煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，綜采液壓支架支護(hù)頂板。采煤順序?yàn)椋翰擅簷C(jī)在端頭（端尾）進(jìn)刀、從機(jī)頭向機(jī)尾（機(jī)尾向機(jī)頭）割煤、追機(jī)移架或超前移架、推移輸送機(jī)、人工清煤。

2 綜合降塵技術(shù)實(shí)踐及效果

2.1 綜合降塵措施

采煤機(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)割煤是采煤面最重要的產(chǎn)塵源頭。高效治理粉塵需要首先從源頭上抑制粉塵產(chǎn)生，即抑制采煤機(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)割煤產(chǎn)塵。泡沫除塵是一種新型降塵措施，泡沫是氣體被液膜包裹后的聚集體，用于降塵的泡沫中添加了穩(wěn)泡劑、表面活性劑等成分，使泡沫具有承壓性，能夠在管路內(nèi)帶壓運(yùn)輸，且穩(wěn)定性較高。表面活性劑的加入能夠大幅降低泡沫的表面張力，與水相比泡沫潤(rùn)濕性更強(qiáng)。泡沫有效包裹滾筒能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量抑塵效果。此時(shí)粉塵隨泡沫沉降，防止隨風(fēng)流擴(kuò)散達(dá)到減少粉塵擴(kuò)散的效果。

在綜采工作面，風(fēng)流沿工作面由機(jī)巷流向風(fēng)巷，粉塵隨風(fēng)流擴(kuò)散流動(dòng)。因此，在采煤機(jī)上根據(jù)粉塵的擴(kuò)散軌跡設(shè)計(jì)了一種泡沫抑塵的方法，該方法可使泡沫有效地覆蓋粉塵，阻斷其擴(kuò)散通道，使粉塵在產(chǎn)生地點(diǎn)附近就被捕捉，可以根據(jù)兩個(gè)滾筒割煤巖時(shí)的產(chǎn)塵量調(diào)整分配給兩個(gè)滾筒的泡沫量。

由于綜采工作面只有高壓水管，沒(méi)有壓風(fēng)管路，傳統(tǒng)的壓縮空氣式工藝系統(tǒng)無(wú)法實(shí)施。針對(duì)這一難題，創(chuàng)新研制出一種新的泡沫抑塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)泡劑添加、泡沫發(fā)生、泡沫輸送和泡沫噴射四部分，即發(fā)泡劑提前添加形成發(fā)泡液，發(fā)泡液由機(jī)巷中的發(fā)泡劑添加器流向安裝在采煤機(jī)上的泡沫發(fā)生器中進(jìn)行發(fā)泡；在塵源周圍布置多個(gè)泡沫噴頭，在工作面空間和條件合適的地點(diǎn)安裝泡沫抑塵裝置，泡沫抑塵裝置制備的泡沫輸送至噴頭后，將泡沫均勻噴灑到滾筒周圍?？刂葡到y(tǒng)包括設(shè)置在主管路和分支上的控制閥。該裝置只需利用綜采工作面已有壓力水，無(wú)需其他動(dòng)力設(shè)備；將發(fā)泡劑添加部分和發(fā)泡部分分離，大大減小占用采煤機(jī)上的空間，能夠適應(yīng)井下狹小空間的要求；控制系統(tǒng)包括設(shè)置各主管路上的控制閥，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

具體工藝流程如圖1 所示。壓力水進(jìn)入水管路，通過(guò)發(fā)泡劑自動(dòng)添加裝置（比例混合器）實(shí)現(xiàn)壓力水的增速降壓形成負(fù)壓，將發(fā)泡劑自動(dòng)添加到水管路中形成均勻的發(fā)泡液，進(jìn)入發(fā)泡器。發(fā)泡器實(shí)際是一個(gè)液氣射流器，在發(fā)泡器中，發(fā)泡液與被卷吸入的發(fā)泡器的空氣混合、壓縮，氣液迅速混合形成高性能泡沫。氣液迅速混合形成的高性能泡沫經(jīng)過(guò)分配器被輸送至固定在采煤機(jī)滾筒附近的泡沫噴頭，以外噴形式將泡沫噴射至塵源及其附近含塵空氣中實(shí)施高效降塵。泡沫抑塵系統(tǒng)能夠產(chǎn)生較好降塵泡沫，對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)如下：（1）耗水量：0.8～1.0 m3/h；（2）供水壓力：4～6 MPa；（3）發(fā)泡劑添加比例：0.4～0.8%；（4）自吸空氣量：20～60 m3/h；（5）發(fā)泡倍數(shù)：20～30 倍；（6）泡沫生成量：30～60 m3/h。直接采用采煤機(jī)自帶水管，泡沫輸送管路為直徑19 mm 的礦用高壓膠管。針對(duì)兩個(gè)滾筒各配置一個(gè)發(fā)泡器，泡沫發(fā)出后經(jīng)由分配器再分成兩路，通過(guò)噴頭噴射至滾筒上，如圖2 所示。

圖1 綜采工作面泡沫抑塵工藝

圖2 泡沫抑塵裝置示意圖

除采煤機(jī)截割產(chǎn)塵以外，液壓支架移動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生粉塵，需要特別針對(duì)兩支架之間的粉塵進(jìn)行治理。如圖2 所示。當(dāng)操作前柱控制閥進(jìn)行降柱時(shí)，高壓液同時(shí)打開(kāi)多功能自動(dòng)控制閥通向移架噴頭組的通水閥路而噴霧，移架時(shí)通水噴霧；當(dāng)升柱時(shí)，同時(shí)關(guān)閉通水閥路而停止噴霧。這樣就實(shí)現(xiàn)了移架自動(dòng)噴霧。當(dāng)操作尾梁控制閥進(jìn)行放煤時(shí)，高壓液同時(shí)打開(kāi)多功能自動(dòng)控制閥通向放煤口噴頭組的通水閥路而噴霧，并且通過(guò)管路向下風(fēng)側(cè)鄰架供水噴霧；當(dāng)停止放煤時(shí)，又同時(shí)關(guān)閉通水閥路而停止噴霧。當(dāng)采煤機(jī)割煤時(shí)，可打開(kāi)本架或下風(fēng)側(cè)鄰架的手動(dòng)閥向移架噴頭組供水噴霧，凈化擴(kuò)散的含塵風(fēng)流。

支架動(dòng)作與噴霧啟閉聯(lián)動(dòng)技術(shù)保證了在移架和放煤過(guò)程中對(duì)應(yīng)的支架噴霧及時(shí)啟閉，從而避免了人工易造成的誤操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了降塵效率，節(jié)約了用水量，在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用。

全自動(dòng)凈化水幕簾安裝在回風(fēng)巷，由紅外傳感器控制自行開(kāi)啟、關(guān)閉，能夠避免作業(yè)人員和車輛通過(guò)時(shí)被水霧淋濕。噴霧的啟閉可由粉塵傳感器控制，粉塵濃度測(cè)試儀設(shè)定了極限粉塵濃度值，當(dāng)粉塵濃度超過(guò)此值時(shí)，噴霧器開(kāi)啟進(jìn)行噴霧降塵，粉塵濃度降至設(shè)定值以下時(shí)，噴霧開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉。在巷道中凈化風(fēng)流兩側(cè)安裝紅外線傳感器，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到人體散發(fā)出的熱量，可以自動(dòng)停止噴霧，延時(shí)0～180 s（可調(diào)）后，自動(dòng)恢復(fù)噴霧灑水。如圖3。水幕用水壓力1.5 MPa，供水管路直徑19 mm，固定有9 個(gè)擴(kuò)散角度為45°、孔徑為2.0 mm 的平扇形噴頭，總耗水量為1 t/h。

圖3 4 回風(fēng)巷水幕簾示意圖

圖4 回風(fēng)巷水幕簾示意圖

2.2 降塵效果

為了判別綜合降塵技術(shù)的除塵效果，在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)和回風(fēng)巷處測(cè)定粉塵濃度在開(kāi)啟降塵技術(shù)以及未開(kāi)啟降塵技術(shù)的數(shù)值。測(cè)塵儀采用直讀式粉塵儀，同時(shí)測(cè)定全塵和呼塵。除塵率按照公式（1）計(jì)算。

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ為除塵率，%；c1為沒(méi)有降塵措施時(shí)的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

根據(jù)表1 中的不同位置粉塵濃度實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，利用泡沫抑塵技術(shù)針對(duì)采煤機(jī)雙滾筒產(chǎn)塵治理以后，全塵濃度在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m 位置從1 342.4 mg/m3降低到了103 mg/m3，呼塵平均濃度從666 mg/m3降低到了63.6 mg/m3，降塵率分別高達(dá)92.3%和90.5%。同時(shí)采用液壓支架噴霧降塵、回風(fēng)巷捕塵凈化水幕簾綜合處理移架落塵和底板二次揚(yáng)塵以后，全塵平均濃度在水幕簾后3 m 處從1 002.7 mg/m3降低到44.7 mg/m3，呼塵平均濃度從537.5 mg/m3降低到31.5 mg/m3，降塵率達(dá)到了95.6%和94.1%。

表1 不同位置的粉塵濃度

3 結(jié)論

采煤工作面存在采煤機(jī)雙滾筒割煤產(chǎn)塵、液壓支架架間落塵、落煤揚(yáng)塵等產(chǎn)塵源，需要多種降塵技術(shù)綜合治理。采用了泡沫抑塵技術(shù)后，采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m 處降塵率達(dá)到了92.3%和90.5%；同時(shí)應(yīng)用液壓支架噴霧降塵、回風(fēng)巷捕塵凈化水幕簾綜合治理粉塵后，在水幕簾后方3 m 處的全塵和呼塵降塵率分別達(dá)到了95.6%和94.1%。