綜采工作面通風除塵工藝優化應用

韓 路

（山西高河能源有限公司，山西長治046000）

1 概述

山西高河能源有限公司E1306工作面為東一盤區工作面，東邊距礦井邊界180m，東邊、北邊為未采區，西邊為E1308上分層充填工作面未采區，南邊為+450m水平東翼大巷。

E1306工作面膠帶順槽全長1188m，回風順槽全長1088m，上分層切眼長317m。工作面回采為3#煤層，賦存于二疊系山西組地層中，為瀉湖相沉積。該工作面處于高河背斜西翼，煤層厚度穩定，根據1602#勘探鉆孔及周邊巷道資料，工作面煤厚6.7～7.1m，平均6.9m。全煤間夾有一層炭質泥巖夾矸，厚度0.10～0.35m，平均0.20m。煤厚傾角為0°～8°，平均2°，煤層埋深394.5～422m，距9#煤層平均距離59.9m。煤層頂底板巖性如表1所示。

表1 E1306工作面回采的3#煤層頂底板巖性表

工作面采用綜合機械化回采工藝，采用MG400/930-WD 采煤機采煤，生產能力為830t/h，總裝機功率930kW，采高范圍2.0～4.0m，泵站電機功率20kW，牽引速度0～12.8m/min；采用ZC8500/22/40 液壓支架支護頂板，工作阻力為8500kN；初撐力為7752kN；支護強度為0.52～0.61MPa；支 撐 高 度 為2.2～4.0m；采 高 范 圍 為2600～3700mm，截止目前工作面已回采450m。

2 工作面粉塵來源及降塵顯著

2.1 工作面粉塵來源

工作面回采期間通過現場觀察分析發現，工作面粉塵來源主要來自與以下四方面：

（1）采煤產生粉塵：工作面主要采用采煤機經常破煤及裝煤工序，回采時采煤機與煤體之間摩擦、撞擊導致煤體破碎產生粉塵，并通過風流帶入工作面內。同時采煤機在裝煤時，會造成煤矸震動產生粉塵。

（2）架間粉塵：工作面回采過程中產生的粉塵一部分在液壓支架沉積，當工作面移架時，沉積在風流作用下產生揚塵；同時支架在移架時會造成上覆頂板出現蠕動變形，導致上覆頂板松散煤體掉落并產生粉塵。

（3）煤壁粉塵：工作面采煤后部分松散煤體附著在煤壁上，在工作面風流作用下煤壁附著的浮塵產生揚塵進入工作面。

（4）采空區粉塵：工作面回采后采空區頂板在垮落時產生震動以及大氣壓，造成采空區內粉塵進入工作面。

2.2 E1306工作面回采前期除塵現狀

（1）原除塵系統：E1306 工作面回采前期主要采用噴霧降塵，工作面采煤機采用內外噴霧系統，其中內噴霧系統壓力為2.5MPa，外噴霧系統壓力為2.0MPa；同時在工作面機道處安裝噴霧降塵裝置，每隔50m 安裝一道，工作面內共計安裝6道，噴霧降塵裝置主要由高壓噴頭、噴頭支架、高壓膠管、閥門等部分組成，該裝置安裝在液壓支架頂梁下方，高壓膠管與工作面內靜壓水管路連接，每班安排專人開啟。

（2）降塵現狀：E1306 工作面回采前期通過現場監測粉塵濃度發現，工作面降塵后落煤點平均粉塵濃度高達143mg/m3，機道處平均粉塵濃度高達114mg/m3，工作面回采期間能見度不足15m，原除塵技術滿足不了工作面回采要求。

2.3 除塵系統問題分析

（1）除塵裝置數量多：采用傳統噴霧除塵裝置工作面內安裝數量多，且裝置結構簡單、自動化水平低，裝置故障率高，增加了工作面設備成本費用；同時工作面回采期間需安排專人開啟噴霧裝置，增加了工作面勞動成本費用。

（2）除塵效果差：傳統噴霧裝置主要采用增加裝置對水壓進行霧化，霧化后的水霧顆粒對粉塵顆粒進行包裹，從而實現降塵的目的，但是水霧顆粒體積小重量大且對粉塵吸附效果差，水霧顆粒無法有效實現降塵的目的，同時工作面風速為2.0m/s，風速大，水霧顆粒在風流作用下聚集性差，起不到預期降塵效果。

（3）工作面積水量大：工作面采用噴霧降塵后，水霧顆粒無法被降解，造成工作面內積水量大，而且工作面內機電設備數量多，采用噴霧降塵后很容易造成設備故障以及設備失爆等。

3 工作面除塵工藝優化應用

為了解決傳統噴霧降塵系統主要存在的問題，提高工作面降塵效果，高河煤礦通過技術研究對傳統除塵系統進行優化，采用泡沫除塵系統。

3.1 泡沫除塵技術原理

采用泡沫除塵技術進行除塵時主要原理如下：①泡沫覆蓋粉塵源后能夠形成無空隙的泡沫體，從而有效阻止揚塵擴散；②泡沫體體積相對較大，采用泡沫除塵時增加了泡沫與粉塵顆粒碰撞機率；③泡沫采用專用化學材料制成，具有很強的粘著力，同時表面張力相對較低，對粉塵排斥力小，具有很強的吸附能力，實現粉塵顆粒沉降作用；④同時泡沫體內含水分子，泡沫降塵時先利用水分子對煤體進行濕潤作用，煤體吸附水份后通過水分子之間的橋連作用，增加了粉塵顆粒附著強度，防止粉塵顆粒漂浮擴散。

3.2 泡沫除塵裝置及發泡材料

工作面采用的泡沫除塵裝置共計四套，其中MG400/930-WD采煤機雙滾筒上各安裝一套滾筒泡沫除塵裝置；工作面機道每隔120m安裝一套架間噴霧除塵裝置。

（1）截割部泡沫除塵裝置主要由箱體及泡沫生成設備、分配器、噴頭架、旋轉噴頭、進風管、水管等部分組成，如圖1所示。其中泡沫生產設備為核心配件，泡沫生產體在設備內通過水壓作用下產生高濃度泡沫，然后利用風管實現泡沫流動、分配器分配，最終從旋轉噴頭噴出。

圖1 泡沫除塵裝置結構示意圖

（2）泡沫生成劑主要以十二烷基二甲基氧化胺為發泡劑的有機化學材料，主要成份由發泡劑、潤濕劑以及穩泡劑等部分組成，配比為4∶1∶0.5，潤濕劑主要以月桂酰胺丙基氧化胺為主成份，穩泡劑主要由聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺等成份組成。

3.3 實際應用效果分析

為了驗證泡沫除塵效果，采用粒子分離器分別對噴霧降塵期間以及泡沫除塵期間工作面內全塵濃度和呼吸性粉塵濃度，通過對比分析發現：采用噴霧除塵系統后工作面內全塵平均濃度為147mg/m3，呼吸性粉塵平均濃度為89mg/m3，工作面平均能見度為15.7m，而采用泡沫除塵系統后實測工作面全塵平均濃度為24mg/m3，呼吸性粉塵平均濃度為4.8mg/m3，工作面平均能見度為52.4m；由此可見，采用泡沫除塵技術后相比傳統噴霧除塵技術，該技術除塵效果好，能夠滿足工作面安全高效回采需求。

4 結束語

高河煤礦對E1306工作面原通風除塵技術進行優化，采用泡沫除塵技術，通過實際應用效果來看，取得了顯著應用成效：

（1）與傳統噴霧降塵系統相比，工作面內安裝泡沫除塵裝置數量減少，降低了除塵設備成本費用，而且該裝置自動化水平高無需人工干預，降低了降塵勞動強度。

（2）泡沫顆粒體積大、吸附能力強，能夠實現對粉塵進行包裹并達到沉降作用，同時泡沫能夠被煤巖體降解，對工作面作業環境影響小，具有較好的降塵效果。