綜采工作面綜合降塵技術研究

任 凱

（山西焦煤集團介休正益煤業有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采掘、鉆進、運輸以及通風等環節均會導致粉塵，工作人員長時間在高濃度粉塵環境下個容易產生矽肺病，嚴重影響人員身體健康，同時高濃度粉塵會增加井下機電設備磨損程度、降低使用壽命[1-2]。煤礦井下現階段使用的降塵技術主要為：噴霧降塵（采面、巷道及采掘設備等處）、煤層注水（脈沖、高壓等）、除塵風機、濕式鉆孔、凈化水幕等等[3-5]。隨著井下大功率、重載設備應用推廣，采掘作業面生產效率及煤炭產量等均不斷增加，井下生產過程中粉塵產生量也不斷增大。雖然井下使用的采掘設備均隨機配備有噴霧降塵裝置，但是受噴霧壓力、噴嘴（管路）堵塞等多因素影響，噴霧降塵效果不佳；同時大流量噴霧降塵容易導致煤層底板積水，嚴重時導致底鼓等問題[6-7]。以山西某礦3506 綜采工作面回采為工程背景，針對采面回采期間粉塵產生特點，針對性進行粉塵治理，現場實踐后有效降低了采面回采期間粉塵濃度，為煤炭安全高效回采創造了良好條件。

1 工程概況

3506 綜采工作面開采5#煤層，設計推進長度2 050 m、采面斜長220 m，回采區域內煤層賦存穩定，地質構造不發育。5#煤層為礦井主采煤層之一，具有賦存穩定、硫分及灰分含量低、開采經濟效益顯著等優點，煤層厚度均值4.5 m、傾角5°～9°，頂底板巖性以粉砂巖、砂質泥巖以及石灰巖等為主。采面開采范圍內5#煤層原始瓦斯含量在7.9～9.3 m3/t、瓦斯壓力在0.72～0.83 MPa，煤層硬度（f 值）為0.57～1.3，原始含水率為0.63%。3506 綜采工作面回采使用的主要開采設備包括有MG750/1915-GWD 采煤機、ZY9000-27/60D液壓支架、SZZ-1000/400 轉載機以及PLM-3000 破碎機等，采面采用U 型通風方式（一進一回），設計推進速度為4.8 m/d。

由于3506 綜采工作面回采的5#煤層自身含水率較低，且煤層具備有滲透性差、難浸潤特點，本煤層鉆孔瓦斯抽采后會進一步降低煤層含水率，導致采面回采期間粉塵產生量較高。現階段3506 綜采工作面主要用過噴霧方式降塵，使用型號BPW315/16 柱塞泵為采煤機及采面噴霧設備提供高壓噴霧用水，正常回采時采煤機截割滾筒外側噴霧噴頭供水水壓控制在2～5 MPa，未布置液壓支架降柱移架專用除塵設備，在回采巷道與采面相距30 m 位置布置2 道手動控制防塵噴霧系統。采面回采期間粉塵濃度監測結果見表1 所示。從表1 看出，采面各位置粉塵濃度較高，同時采煤機割煤、支架移架以及轉載運輸等是采面回采期間主要產塵源，應針對性進行降塵。

表1 采面正常回采期間粉塵濃度測定結果

2 采面綜合降塵技術應用

2.1 煤層超前注水

通過超前注水增加煤體含水率率，可從根本上降低煤炭回采期間粉塵產生量。采面回采的5#煤層結構較為簡單，一般不夾矸，結合以往煤層注水經驗，在采面進風、回風順槽內均布置注水鉆孔對煤層進行注水。具體注水方案為：注水孔以原有的瓦斯抽采孔為主，若瓦斯抽采孔塌孔嚴重或者無法使用時，則在鉆孔旁新鉆進鉆孔；注水鉆孔孔深均為110m m、孔徑75 mm、間隔6 m，開孔均在底板上方1 600 mm；用膨脹式封孔器封孔，注水壓力為4～6 MPa。注水完成后應確保煤層含水率增加超過1.5%。

2.2 塵源跟蹤噴霧

3506 工作面MG750/1915-GWD 采煤機噴霧系統，受噴霧水質差、噴霧壓力低等影響除塵效果不佳；同時采煤機移動割煤時產塵點會不斷移動。為提高粉塵治理針對性，構建塵源跟蹤降塵系統，具體實時跟蹤采煤機位置進行針對性噴霧降塵，具體塵源跟蹤噴霧系統架構，如圖1 所示。

圖1 塵源跟蹤噴霧系統架構

塵源跟蹤噴霧主要組成單元為主控制箱、光源發射傳感器、分控制器、光控接收傳感器及電動球閥等。運行原理為：沿著采煤機割煤方向布置多個噴霧裝置，通過光源發射傳感器、光控接收傳感器確定采煤機具體位置；將采煤機位置及處理信息通過通信線纜傳輸至主控制箱，主控制箱處理后向控制1#分控制器周邊的2 個控制器聯動噴霧，以便采煤機產塵點全覆蓋噴霧降塵；采煤機推進至X#噴霧點時按照上述方式進行噴霧塵源跟蹤噴霧系統可依據需要調節噴霧裝置數量，以便實現高效噴霧降塵并節省噴霧降塵用水量。

2.3 液壓支架移架噴霧降塵

采用移架噴霧降塵系統降低液壓支架移加期間粉塵產生量，噴霧系統主要由噴霧控制器、噴頭、高壓供水管路等組成，具體如圖2 所示。當降柱移架時系統自動開始噴霧降塵，移動完成并升起支架后自動停止噴霧。噴霧壓力在4～8 MPa 范圍內可調，依據現場情況調整噴霧壓力，提高噴霧效果。

圖2 移架噴霧降塵示意圖

2.4 回風巷自動噴霧降塵

為降低回風巷內粉塵濃度，在回風巷內布置控塵自動噴霧降塵裝置，具體布置如圖3 所示。控塵自動噴霧降塵裝置組成包括有粉塵濃度傳感器、熱釋光控傳感器、本安型控制箱、防爆電磁閥、通信電纜等構成。當粉塵傳感器檢測的粉塵濃度超過預先設置值時，控制器控制電磁閥電源，通過電磁閥控制噴霧開啟或者關閉，實現自動噴霧；同時在噴霧過程中若熱釋光控傳感器檢測到有人員通過時則暫時停止噴霧，實現采面回風巷自動噴霧。

2.5 轉載機及破碎機噴霧

在采面PLM-3000 破碎機上安裝防塵罩并在防塵罩內布置噴嘴等進行噴霧降塵，防塵罩可抑制轉載機工作過程中粉塵外溢量，通過噴霧可減少粉塵產生量。在SZZ-1000/400 轉載機上方布置3～5 個霧化噴嘴，噴嘴噴霧可覆蓋整個轉載過程，減少轉載過程中粉塵外溢量。

3 綜合降塵效果分析

在3506 綜采工作面按照上文所述布置使用了綜合降塵技術措施。采用CCGC-1000 測塵儀監測粉塵濃度，并基于表1 監測數據分析粉塵治理效果，具體如表2 所示。

表2 粉塵濃度及降塵效果

通過表2 可以看出，綜合降塵技術在3506 綜采工作面效果顯著，如逆風割煤時采煤機司機位置全塵、呼吸性質量濃度分別降至147.3、53.8 mg/m3，順風割煤時采煤機司機位置全塵、呼吸性質量濃度分別降至92.5、41.6 mg/m3；采面各位置呼吸性粉塵及全塵降幅分別在79.0%～83.1%、82.8%～85.9%間。使用綜合降塵技術后，3506 綜采工作面各位置粉塵濃度均明顯降低，有效改善了采面現場環境質量。

4 總結

以3506 綜采工作面回采為工程背景，針對采面回采的煤層含水率低、產塵量大以及原有噴霧除塵效果不佳等問題，基于源頭治理、過程管控粉塵治理思路提出綜合降塵技術措施，具體通過煤層超前注水，確保煤層含水率增幅在1.5%以上，從根本上降低煤炭回采期間產生量；通過采用塵源跟蹤噴霧、液壓支架移架噴霧以及回風巷自動噴霧等噴霧系統，有效減低采煤機割煤、液壓支架移架等環節粉塵外溢量，并降低回風流粉塵濃度；在破碎機上增設防塵罩并噴霧，在轉載機上方布置3～5 個噴嘴實現轉載環節全覆蓋噴霧，可抑制破碎機及轉載機工作期間粉塵外溢量。現場應用后，有效降低了3506 綜采工作面各位置粉塵濃度，取得較為顯著粉塵治理效果。