登茂通2210 綜采工作面粉塵防治技術應用

雷 劍

（晉能控股煤業集團安澤登茂通煤業有限公司，山西 安澤 042509）

登茂通2210 綜采工作面全塵濃度高達3000 mg/m3，嚴重威脅采煤面作業員工的身心健康和礦井安全生產。長期吸入大量粉塵，可能會引發塵肺病、心血管疾病等慢性職業病。本文以登茂通2210綜采工作面為例進行高效粉塵防治技術設計與應用效果研究，為相似工作面粉塵治理提供參考與借鑒。

1 工作面概況

登茂通煤礦隸屬于陽煤集團，設計年生產能力90 萬t。2210 工作面位于2#煤層，層厚1.1～1.7 m，傾角2°～6°，工作面標高868.4～892.2 m，平均可采走向長971 m，傾斜長215 m，面積208 765 m2。煤種為低灰、低硫、低磷的焦煤，工業分析參數如表1 所示。2210 工作面瓦斯絕對涌出量4.5 m3/min，相對涌出量3.09 m3/t。工作面開采過程中供風量1600 min/m3，MG250/600-AWD 型采煤機落煤和裝煤，走向長壁后退式綜采一次采全高。

表1 工業分析結果 %

2 綜合降塵措施應用及粉塵治理效果

經過長期現場測試，綜采工作面主要產生粉塵的地點分別為采煤機割煤（占總產塵量的70%）、液壓支架移架產塵（占總產塵量的20%）。由于煤層較薄，高強度開采條件下煤體破碎比較徹底，因此截割后煤體破碎嚴重。刮板運輸機以及皮帶運輸機轉載點處產生的粉塵相對較少，約占5%，大范圍煤體掉落造成底板處堆積粉塵二次揚塵，約占總產塵量的5%。

2.1 綜合降塵措施設計

2.1.1 煤層注水

煤層注水效果主要受煤層自身性質決定，其中埋藏深度、煤體原生孔裂隙發育程度、煤體物理化學性質是主要影響因素，不同工作面影響因素相差較大。為得到登茂通2210 綜采面最合適的煤層注水參數，在工作面進行了預實驗：在進風巷中高1.5 m 處向煤層內部打注水鉆孔，鉆孔方向沿煤層傾向方向與工作面相平行，孔直徑為89 mm，長度為100 m，封孔深度為10 m，注水時間定為144 h，壓力18 MPa。注水工作結束后在注水鉆孔左右兩側3 m、6 m、9 m、9.8 m 處打觀察鉆孔，觀測不同位置處煤層的含水量變化值。注水鉆孔和測試鉆孔布置如圖1 所示。實測結果表明，注水144 h 后，煤體含水量隨鉆孔深度增加而下降，與注水鉆孔距離相同的兩個觀察鉆孔含水量相近，隨著與注水鉆孔距離增加，觀察鉆孔中煤體的含水量分別為6.3%、2.8%、0.21%和0.05%。可以看出，在該參數下注水效果比較明顯。最終確定注水鉆孔方向與工作面相互平行，注水壓力為18 MPa，鉆孔間距為15 m，共布置有45 個鉆孔，如圖2 所示，每個鉆孔長度為200 m，單一鉆孔注水量為300 m3，注水時間為6 d。

圖1 測試鉆孔布置示意圖

圖2 注水鉆孔布置示意圖（m）

2.1.2 采煤機高壓外噴霧降塵

采煤工作面粉塵量大，常發生煤壁片幫現象，因此采煤機內外噴霧的噴嘴孔徑如果過較小容易則會經常堵塞，影響噴嘴霧化效果，如果孔徑過大則可能出現霧化不理想、出水量過多等現象，影響煤炭質量，所以選用孔徑為1.9 mm 的噴嘴，壓力為10 MPa。此時噴霧初速度約為100 m/s，霧滴平均直徑為26.4 μm。 外噴霧主要治理采煤機滾筒割煤過程中產生的粉塵，兩個滾筒均設置一組噴霧，每組噴霧布置有7 個孔徑為1.2 mm、噴射角度為60°的噴頭，在滾筒周圍形成一周噴霧幕，包裹截割破碎產塵區域，增加降塵效率。

2.1.3 支架移架架間噴霧

采煤機向前推進割煤時，液壓支架隨之向前移動支撐頂板，此時支架需要先下降，然后向前移動，最后再向上支撐。下降及前移過程中相鄰兩支架中間存在較大縫隙，頂板處積聚的粉塵會從縫隙中下落污染巷道空氣，且向上支撐過程中支架鋼板擠壓頂板煤體，產生大量粉塵積聚在支架頂端，這些粉塵將在下次支架前移過程中掉落至人行道處。針對支架移架粉塵，采用架間噴霧降塵技術，包括支架頂梁處高壓噴霧和前探梁高壓噴霧。頂梁處高壓噴霧用以潤濕頂板處煤體，減少移架過程中的粉塵產生；前探梁處的高壓噴霧用以治理移架過程中掉落的粉塵。噴霧噴嘴朝向工作面采煤區域，布置情況如圖3 所示。頂梁噴霧安裝2 個孔徑為1.2 mm 的噴嘴，射程為2 m，噴射方向與底板成45°夾角。前探梁處同樣安裝2 個孔徑為1.2 mm 的噴嘴，射程為4 m，噴射方向與底板成60°夾角，噴射的霧滴能夠在人行道與煤壁中間形成霧滴幕，潤濕捕獲移架過程中掉落的粉塵。

圖3 支架架間噴霧示意圖

2.1.4 回風巷高壓水霧幕

底板上的二次揚塵粉塵產塵范圍大、隨機性強、瞬時沖擊性強，難以直接針對產塵源進行治理，刮板運輸機運送產塵比較分散，因此在回風巷安設水幕，對分散塵源有較好的治理效果。利用高壓水霧形成全斷面水幕阻隔粉塵向巷道遠方移動，第一道水幕距離工作面10 m，第二道水幕距離工作面40 m，水幕噴嘴開啟關閉與采煤機相聯動，噴嘴安裝在巷道頂部，每組水幕由6個擴散角度為45°、孔徑為1.2 mm 的噴嘴構成，噴霧壓力為10 MPa，噴射方向朝向上風側方向10°，可以增加霧滴與粉塵顆粒之間的接觸時間。由于回風巷有作業人員經過，因此噴頭的開啟與關閉同時由紅外傳感器控制，當紅外傳感器感應到有人員經過時自動關閉噴頭供水，當人員通過以后再開啟供水。如圖4 所示。

圖4 回風巷水幕示意圖

2.2 降塵效果

為了評價降塵措施的有效性，在采煤機下風側5 m 處和回風巷第一道水幕簾后方5 m 處分別設置一個粉塵濃度測試點（如表2 所示），采用直讀式粉塵濃度測定儀同時測定其總粉塵和呼吸性粉塵濃度結果，除塵率按照公式（1）計算。

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

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。

由表2 中給出的實地測塵濃度結果可以看出，在采煤機下風側5 m 處沒有采用任何降塵措施時全塵平均濃度為1448 mg/m3，呼吸性粉塵濃度為585 mg/m3，對一線作業員工有嚴重威脅。當采用了綜合降塵措施之后，全塵濃度降低到了170 mg/m3，呼塵濃度降低至75 mg/m3，降塵率分別為88%和87%。隨風流運移過程中部分大顆粒粉塵沉降，進入回風巷后由于粉塵沉積作用造成濃度下降，在回風巷水幕簾后側5 m 處的測點測定出全塵和呼塵平均濃度分別為509 mg/m3和248 mg/m3，應用綜合降塵措施后，平均濃度分別降低至45 mg/m3和23 mg/m3，降塵率均達到了90%以上。

3 結論

通過對綜采面實際開采條件的分析，主要產塵源來自采煤機滾筒割煤、液壓支架前移落塵、煤壁片幫揚塵。針對三種產塵源分別采用了滾筒高壓噴霧、架間高壓噴霧、回風巷自動高壓水幕綜合防塵技術。在2210 綜采工作面采用綜合降塵措施以后，在采煤機下風側5 m 處的全塵和呼塵降塵率分別達到88%和87%，殘余濃度分別為170 mg/m3和75 mg/m3；在回風巷水幕簾后5 m 處降塵率分別為91%和90%，殘余濃度分別為45 mg/m3和23 mg/m3。