伏巖礦3109 回采工作面粉塵綜合防治技術應用

原成靜

（山西陽城陽泰集團伏巖煤業有限公司，山西 陽城 048100）

采煤工作面是煤礦井下最主要的產塵點之一，伏巖礦3109 回采工作面總粉塵濃度最高可達1500 mg/m3。長時間在高濃度粉塵條件下工作，工人易吸入過量粉塵，最終引發塵肺病等心肺系統疾病。本文針對伏巖礦3109 采煤面采煤過程中主要產塵點設計了以泡沫抑塵技術為主的綜合降塵措施，測定了降塵效果，研究成果對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城陽泰集團，位于山西省晉城市陽城縣。3109 工作面所屬的3#煤層穩定，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造，以亮煤為主，煤種為優質無煙煤，硬度f 值為1.2。3109 工作面走向長度平均350 m，可采290 m，傾向長度平均139 m，面積47 950 m2。工作面位于背斜軸部東翼，此背斜對開采無影響，范圍內未發現沖蝕帶、陷落柱、火成巖。工作面采用MWG250/600-W 型雙滾筒采煤機落煤，采高 3.6 m，截深0.6 m。采煤機采用端頭斜切進刀方式，雙向割煤，刮板輸送機運煤，綜采液壓支架支護頂板。采煤順序為：采煤機在端頭（端尾）進刀、從機頭向機尾（機尾向機頭）割煤、追機移架或超前移架、推移輸送機、人工清煤。

2 綜合降塵技術實踐及效果

2.1 綜合降塵措施

采煤機滾筒旋轉割煤是采煤面最重要的產塵源頭。高效治理粉塵需要首先從源頭上抑制粉塵產生，即抑制采煤機滾筒旋轉割煤產塵。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泡劑、表面活性劑等成分，使泡沫具有承壓性，能夠在管路內帶壓運輸，且穩定性較高。表面活性劑的加入能夠大幅降低泡沫的表面張力，與水相比泡沫潤濕性更強。泡沫有效包裹滾筒能實現高質量抑塵效果。此時粉塵隨泡沫沉降，防止隨風流擴散達到減少粉塵擴散的效果。

在綜采工作面，風流沿工作面由機巷流向風巷，粉塵隨風流擴散流動。因此，在采煤機上根據粉塵的擴散軌跡設計了一種泡沫抑塵的方法，該方法可使泡沫有效地覆蓋粉塵，阻斷其擴散通道，使粉塵在產生地點附近就被捕捉，可以根據兩個滾筒割煤巖時的產塵量調整分配給兩個滾筒的泡沫量。

由于綜采工作面只有高壓水管，沒有壓風管路，傳統的壓縮空氣式工藝系統無法實施。針對這一難題，創新研制出一種新的泡沫抑塵系統。該系統包括發泡劑添加、泡沫發生、泡沫輸送和泡沫噴射四部分，即發泡劑提前添加形成發泡液，發泡液由機巷中的發泡劑添加器流向安裝在采煤機上的泡沫發生器中進行發泡；在塵源周圍布置多個泡沫噴頭，在工作面空間和條件合適的地點安裝泡沫抑塵裝置，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。控制系統包括設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，無需其他動力設備；將發泡劑添加部分和發泡部分分離，大大減小占用采煤機上的空間，能夠適應井下狹小空間的要求；控制系統包括設置各主管路上的控制閥，操作簡單，穩定可靠。

具體工藝流程如圖1 所示。壓力水進入水管路，通過發泡劑自動添加裝置（比例混合器）實現壓力水的增速降壓形成負壓，將發泡劑自動添加到水管路中形成均勻的發泡液，進入發泡器。發泡器實際是一個液氣射流器，在發泡器中，發泡液與被卷吸入的發泡器的空氣混合、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過分配器被輸送至固定在采煤機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施高效降塵。泡沫抑塵系統能夠產生較好降塵泡沫，對應的技術參數如下：（1）耗水量：0.8～1.0 m3/h；（2）供水壓力：4～6 MPa；（3）發泡劑添加比例：0.4～0.8%；（4）自吸空氣量：20～60 m3/h；（5）發泡倍數：20～30 倍；（6）泡沫生成量：30～60 m3/h。直接采用采煤機自帶水管，泡沫輸送管路為直徑19 mm 的礦用高壓膠管。針對兩個滾筒各配置一個發泡器，泡沫發出后經由分配器再分成兩路，通過噴頭噴射至滾筒上，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

除采煤機截割產塵以外，液壓支架移動時也會產生粉塵，需要特別針對兩支架之間的粉塵進行治理。如圖2 所示。當操作前柱控制閥進行降柱時，高壓液同時打開多功能自動控制閥通向移架噴頭組的通水閥路而噴霧，移架時通水噴霧；當升柱時，同時關閉通水閥路而停止噴霧。這樣就實現了移架自動噴霧。當操作尾梁控制閥進行放煤時，高壓液同時打開多功能自動控制閥通向放煤口噴頭組的通水閥路而噴霧，并且通過管路向下風側鄰架供水噴霧；當停止放煤時，又同時關閉通水閥路而停止噴霧。當采煤機割煤時，可打開本架或下風側鄰架的手動閥向移架噴頭組供水噴霧，凈化擴散的含塵風流。

支架動作與噴霧啟閉聯動技術保證了在移架和放煤過程中對應的支架噴霧及時啟閉，從而避免了人工易造成的誤操作，降低了工人的勞動強度，提高了降塵效率，節約了用水量，在煤礦井下得到了廣泛的應用。

全自動凈化水幕簾安裝在回風巷，由紅外傳感器控制自行開啟、關閉，能夠避免作業人員和車輛通過時被水霧淋濕。噴霧的啟閉可由粉塵傳感器控制，粉塵濃度測試儀設定了極限粉塵濃度值，當粉塵濃度超過此值時，噴霧器開啟進行噴霧降塵，粉塵濃度降至設定值以下時，噴霧開關自動關閉。在巷道中凈化風流兩側安裝紅外線傳感器，當有人經過時，紅外傳感器檢測到人體散發出的熱量，可以自動停止噴霧，延時0～180 s（可調）后，自動恢復噴霧灑水。如圖3。水幕用水壓力1.5 MPa，供水管路直徑19 mm，固定有9 個擴散角度為45°、孔徑為2.0 mm 的平扇形噴頭，總耗水量為1 t/h。

圖3 4 回風巷水幕簾示意圖

圖4 回風巷水幕簾示意圖

2.2 降塵效果

為了判別綜合降塵技術的除塵效果，在采煤機下風側和回風巷處測定粉塵濃度在開啟降塵技術以及未開啟降塵技術的數值。測塵儀采用直讀式粉塵儀，同時測定全塵和呼塵。除塵率按照公式（1）計算。

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

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

根據表1 中的不同位置粉塵濃度實測結果可以看出，利用泡沫抑塵技術針對采煤機雙滾筒產塵治理以后，全塵濃度在采煤機下風側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92.3%和90.5%。同時采用液壓支架噴霧降塵、回風巷捕塵凈化水幕簾綜合處理移架落塵和底板二次揚塵以后，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，降塵率達到了95.6%和94.1%。

表1 不同位置的粉塵濃度

3 結論

采煤工作面存在采煤機雙滾筒割煤產塵、液壓支架架間落塵、落煤揚塵等產塵源，需要多種降塵技術綜合治理。采用了泡沫抑塵技術后，采煤機下風側10 m 處降塵率達到了92.3%和90.5%；同時應用液壓支架噴霧降塵、回風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到了95.6%和94.1%。