北徐樓煤礦21615薄煤層綜采工作面綜合防塵技術(shù)的應(yīng)用

張濤+陳偉+趙序峰+鮑青春

摘要：討論了北徐樓煤礦21615薄煤層綜采工作面在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的礦井粉塵的來源和分布情況，采取的綜合防塵滅塵辦法，對(duì)采取防塵辦法前后的粉塵質(zhì)量濃度情況進(jìn)行了測(cè)量比較。

關(guān)鍵詞：煤礦 綜采工作面 粉塵監(jiān)測(cè) 粉塵治理

隨著地方煤炭資源整合和礦井機(jī)械化水平的提高，綜采工作面的粉塵濃度也明顯提高，影響井下安全生產(chǎn)、加快設(shè)備磨損、危及煤礦工人的身體健康。山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)股份有限公司北徐樓煤礦結(jié)合礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀，在礦井薄煤層綜采工作面21615面應(yīng)用了多種綜合防塵技術(shù)，安裝了GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器，充分利用了礦井現(xiàn)有防塵設(shè)施，使工作面降塵效率達(dá)到90%以上。

1 21615綜采工作面粉塵的成因及分布

21615工作面為16煤工作面，工作面走向長度均約594m，傾斜長度均約156m；采用單一煤層走向長壁后退式采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工藝順序?yàn)楦蠲骸萍堋乒伟遢斔蜋C(jī)，風(fēng)量為435 m3/min。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，在礦井中，連續(xù)產(chǎn)塵強(qiáng)度最大的作業(yè)場(chǎng)所主要是綜采工作面21615面。進(jìn)行綜采時(shí)，各道工序都會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵和巖塵，尤其是采煤機(jī)，在工作過程中（割煤、裝載、移架、運(yùn)輸）都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。其中，最主要的塵源是采煤機(jī)割煤。

1.1 采煤機(jī)作業(yè)粉塵成因及分布

采煤機(jī)在工作的過程中，由于滾筒對(duì)煤體進(jìn)行切割，以及螺旋葉片對(duì)煤體進(jìn)行破碎，在這一過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵。通常情況下，煤塵的來源主要包括：①進(jìn)行截割煤時(shí)，將截齒刀尖前的煤壓實(shí)成壓固核，當(dāng)壓固核接觸應(yīng)力達(dá)到極限時(shí)就會(huì)破碎，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。②煤體被采落后，由于后面截齒切割厚度的減少，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)塵量的增加。③煤被割下，以及被滾筒拋出后，在彈性恢復(fù)的過程中，會(huì)被分離成小煤塊，并伴有大量的煤塵產(chǎn)生。④經(jīng)過長時(shí)間的工作，截齒磨鈍后，各刃面形成弧面，通過與煤進(jìn)行碾壓和摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。⑤煤體在截齒的沖擊下，進(jìn)行二次破碎，同時(shí)生成煤塵。

在工作時(shí)，由于采煤機(jī)的本體或滾筒都是移動(dòng)的，進(jìn)而在一定程度上決定了工作面煤塵濃度分布的不均勻性，隨采煤機(jī)的位置變化，導(dǎo)致工作面任一位置的煤塵濃度在時(shí)間和空間上將會(huì)不斷變化。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，煤機(jī)順風(fēng)進(jìn)行切割時(shí)，煤塵濃度沿著順風(fēng)方向，從前滾筒急劇增高；反之，煤塵濃度沿順風(fēng)方向不斷減小，煤塵濃度在離開滾筒兩個(gè)支架的位置后達(dá)到最低值；之后，沿著順風(fēng)方向煤塵濃度逐漸增加。通過上述分析可知，不論通過何種方式切割煤體，煤塵濃度最低位置出現(xiàn)在后滾筒的四周，與前滾筒位置煤塵濃度相比，其值約為50%-60%，其原因是采煤機(jī)噴霧降塵作用所致。

1.2 移架粉塵成因及分布

液壓支架支護(hù)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵也是工作面塵源之一。由移架所產(chǎn)生的呼吸性粉塵占采煤機(jī)司機(jī)位置的31%。移架產(chǎn)塵量的大小受多種因素影響，但最主要的直接頂板條件。

移架產(chǎn)塵量的多少與頂板強(qiáng)度成反比、與工作面所在區(qū)段的上覆頂板巖層厚度成正比。在移架的過程中，每一操作步驟所產(chǎn)生的粉塵量都不相同，在破碎頂板和，實(shí)測(cè)粉塵為45～214mg/m3，而在穩(wěn)定頂板條件下僅為24～49mg/m3。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)具有不穩(wěn)定的或破碎頂板的工作面，采取有效的降塵措施更為重要。

1.3 工作面通風(fēng)對(duì)粉塵分布的影響

當(dāng)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)采用逆向風(fēng)流，即工作面煤流方向與工作面風(fēng)流方向相反，工作面的進(jìn)風(fēng)流有揚(yáng)塵作用，產(chǎn)塵較多；反之順煤流通風(fēng)則產(chǎn)塵較少。同時(shí)，工作面進(jìn)風(fēng)揚(yáng)塵程度還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速大，揚(yáng)塵多，反之則少。

21615工作面在設(shè)計(jì)之初就考慮到了通風(fēng)降塵的作用，采用順煤流通風(fēng)。經(jīng)過通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，風(fēng)速嚴(yán)格控制在1.8m/s。通風(fēng)降塵效果已經(jīng)無潛力可挖。

綜上所述，造成21615綜采工作面大量產(chǎn)塵的主要原因是：采煤機(jī)割煤、工作面移架及工作面的通風(fēng)狀況。

2 21615綜采工作面采用的綜合防塵措施

針對(duì)21615綜采工作面粉塵形成的原因，礦井設(shè)計(jì)并實(shí)施以下綜合防塵措施。

2.1 煤層注水

采用淺孔動(dòng)壓注水每個(gè)工作面必須安設(shè)不得少于2臺(tái)ZAF－16型快速注水器，且每班安設(shè)2名專兼職注水工，進(jìn)行煤層注水作業(yè)。工作面必須安設(shè)專用的Φ19×10高壓膠管作為煤層注水主管路（兼防塵管路），分水管規(guī)格為Φ10×5高壓膠管，其額定耐壓強(qiáng)度均不小于35MPa。配備專用的煤層注水泵，保證煤層注水水壓在8～10MPa。工作面采用短臂注水，注水孔深度為1.2m，眼距2.2m。ZAF－16型快速注水器與分水管相連接，注水器插進(jìn)注水孔后，先關(guān)閉卸載閥，然后緩慢開啟截止閥，注水2min左右，待注水鉆孔附近煤壁、頂板出現(xiàn)滲水后，先關(guān)閉截止閥，然后緩慢打開卸載閥，卸載后，取出ZAF－16型快速注水器。

2.2 采煤機(jī)使用內(nèi)、外噴霧

MG210/485-PWD雙滾筒采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)采用內(nèi)、外噴霧相結(jié)合的措施，內(nèi)噴霧水霧粒徑在200um以下，水霧的擴(kuò)散角小，噴嘴距塵源距離為0.5m，噴嘴距截齒100-150mm。外噴霧采用GCMJPW-1風(fēng)水噴霧，水由安裝在截割部的固定箱上的風(fēng)水噴霧器噴出，形成水霧覆蓋塵源，從而使粉塵濕潤沉降。采用風(fēng)水噴霧的原因是，噴出的水霧粒徑小，粒徑的運(yùn)動(dòng)速度高，水霧的覆蓋面積大，水霧密度大，可以提高粉塵濕潤的效果。安裝風(fēng)水噴霧器有效射程為2-3m，滿足采煤機(jī)工作時(shí)的基本降塵要求。

2.3 工作面支架內(nèi)和運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)使用聯(lián)動(dòng)噴霧

在工作面支架中每隔10架安裝聯(lián)動(dòng)噴霧進(jìn)行降塵，支架噴霧供水主管路安裝電磁閥，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板輸送機(jī)工作或停止時(shí)設(shè)備開停傳感器發(fā)出控制信號(hào)傳輸至多功能控制驅(qū)動(dòng)器，通過驅(qū)動(dòng)器控制電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)噴霧聯(lián)動(dòng)。轉(zhuǎn)載點(diǎn)聯(lián)動(dòng)噴霧同理。

2.4 回風(fēng)流中設(shè)置捕塵網(wǎng)

在工作面回風(fēng)巷中共安裝兩道全斷面捕塵網(wǎng)，捕塵網(wǎng)主體采用20目304L不銹鋼紗網(wǎng)制作，第一道固定在超前支護(hù)外20m，第二道固定在超前支護(hù)外35m，捕塵網(wǎng)為可移動(dòng)式，隨工作面推采移動(dòng)。捕塵網(wǎng)由采煤工區(qū)專人負(fù)責(zé)定時(shí)沖刷，確保降塵效果和風(fēng)流暢通。

3 GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

21615工作面的主要粉塵測(cè)量方式是GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，輔助測(cè)量方式為粉塵采樣器測(cè)量。測(cè)量地點(diǎn)為工作面回風(fēng)側(cè)端頭外10m和捕塵網(wǎng)外。測(cè)量順序?yàn)椴擅簷C(jī)開機(jī)、采煤機(jī)噴霧開啟、支架噴霧開啟、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧開啟、捕塵網(wǎng)外，各測(cè)點(diǎn)每天分別進(jìn)行2次測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為2014年2月17日至2014年3月11日。測(cè)量結(jié)果取24天測(cè)量結(jié)果平均值見下表1。

4 結(jié)論

4.1 通過計(jì)算可知，應(yīng)用了各種防塵技術(shù)后，21615工作面有效降塵率為93.5%，達(dá)到較高的降塵效果。

4.2 捕塵網(wǎng)外最終粉塵質(zhì)量濃度仍然較高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)塵源控制和降塵效果。如何減少噴霧水珠的表面張力，來提高降塵效率，將是未來綜合防塵的研究方向之一。

4.3 在測(cè)量過程中，GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器在高濃度粉塵環(huán)境中容易受到干擾，需要經(jīng)常清理進(jìn)風(fēng)口和光源，否則測(cè)量誤差較大。

參考文獻(xiàn)：

[1]山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)有限公司北徐樓煤礦21615工作面作業(yè)規(guī)程[S].

[2]王兆喜.礦粉塵在線監(jiān)測(cè)及智能噴霧降塵技術(shù)[J].煤礦安全，2008(07).

[3]趙棟.礦井綜合防塵措施[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2003(z1).

[4]俞輝.綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的研究[J].中國煤炭，2008(09).

endprint

摘要：討論了北徐樓煤礦21615薄煤層綜采工作面在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的礦井粉塵的來源和分布情況，采取的綜合防塵滅塵辦法，對(duì)采取防塵辦法前后的粉塵質(zhì)量濃度情況進(jìn)行了測(cè)量比較。

關(guān)鍵詞：煤礦 綜采工作面 粉塵監(jiān)測(cè) 粉塵治理

隨著地方煤炭資源整合和礦井機(jī)械化水平的提高，綜采工作面的粉塵濃度也明顯提高，影響井下安全生產(chǎn)、加快設(shè)備磨損、危及煤礦工人的身體健康。山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)股份有限公司北徐樓煤礦結(jié)合礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀，在礦井薄煤層綜采工作面21615面應(yīng)用了多種綜合防塵技術(shù)，安裝了GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器，充分利用了礦井現(xiàn)有防塵設(shè)施，使工作面降塵效率達(dá)到90%以上。

1 21615綜采工作面粉塵的成因及分布

21615工作面為16煤工作面，工作面走向長度均約594m，傾斜長度均約156m；采用單一煤層走向長壁后退式采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工藝順序?yàn)楦蠲骸萍堋乒伟遢斔蜋C(jī)，風(fēng)量為435 m3/min。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，在礦井中，連續(xù)產(chǎn)塵強(qiáng)度最大的作業(yè)場(chǎng)所主要是綜采工作面21615面。進(jìn)行綜采時(shí)，各道工序都會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵和巖塵，尤其是采煤機(jī)，在工作過程中（割煤、裝載、移架、運(yùn)輸）都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。其中，最主要的塵源是采煤機(jī)割煤。

1.1 采煤機(jī)作業(yè)粉塵成因及分布

采煤機(jī)在工作的過程中，由于滾筒對(duì)煤體進(jìn)行切割，以及螺旋葉片對(duì)煤體進(jìn)行破碎，在這一過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵。通常情況下，煤塵的來源主要包括：①進(jìn)行截割煤時(shí)，將截齒刀尖前的煤壓實(shí)成壓固核，當(dāng)壓固核接觸應(yīng)力達(dá)到極限時(shí)就會(huì)破碎，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。②煤體被采落后，由于后面截齒切割厚度的減少，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)塵量的增加。③煤被割下，以及被滾筒拋出后，在彈性恢復(fù)的過程中，會(huì)被分離成小煤塊，并伴有大量的煤塵產(chǎn)生。④經(jīng)過長時(shí)間的工作，截齒磨鈍后，各刃面形成弧面，通過與煤進(jìn)行碾壓和摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。⑤煤體在截齒的沖擊下，進(jìn)行二次破碎，同時(shí)生成煤塵。

在工作時(shí)，由于采煤機(jī)的本體或滾筒都是移動(dòng)的，進(jìn)而在一定程度上決定了工作面煤塵濃度分布的不均勻性，隨采煤機(jī)的位置變化，導(dǎo)致工作面任一位置的煤塵濃度在時(shí)間和空間上將會(huì)不斷變化。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，煤機(jī)順風(fēng)進(jìn)行切割時(shí)，煤塵濃度沿著順風(fēng)方向，從前滾筒急劇增高；反之，煤塵濃度沿順風(fēng)方向不斷減小，煤塵濃度在離開滾筒兩個(gè)支架的位置后達(dá)到最低值；之后，沿著順風(fēng)方向煤塵濃度逐漸增加。通過上述分析可知，不論通過何種方式切割煤體，煤塵濃度最低位置出現(xiàn)在后滾筒的四周，與前滾筒位置煤塵濃度相比，其值約為50%-60%，其原因是采煤機(jī)噴霧降塵作用所致。

1.2 移架粉塵成因及分布

液壓支架支護(hù)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵也是工作面塵源之一。由移架所產(chǎn)生的呼吸性粉塵占采煤機(jī)司機(jī)位置的31%。移架產(chǎn)塵量的大小受多種因素影響，但最主要的直接頂板條件。

移架產(chǎn)塵量的多少與頂板強(qiáng)度成反比、與工作面所在區(qū)段的上覆頂板巖層厚度成正比。在移架的過程中，每一操作步驟所產(chǎn)生的粉塵量都不相同，在破碎頂板和，實(shí)測(cè)粉塵為45～214mg/m3，而在穩(wěn)定頂板條件下僅為24～49mg/m3。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)具有不穩(wěn)定的或破碎頂板的工作面，采取有效的降塵措施更為重要。

1.3 工作面通風(fēng)對(duì)粉塵分布的影響

當(dāng)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)采用逆向風(fēng)流，即工作面煤流方向與工作面風(fēng)流方向相反，工作面的進(jìn)風(fēng)流有揚(yáng)塵作用，產(chǎn)塵較多；反之順煤流通風(fēng)則產(chǎn)塵較少。同時(shí)，工作面進(jìn)風(fēng)揚(yáng)塵程度還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速大，揚(yáng)塵多，反之則少。

21615工作面在設(shè)計(jì)之初就考慮到了通風(fēng)降塵的作用，采用順煤流通風(fēng)。經(jīng)過通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，風(fēng)速嚴(yán)格控制在1.8m/s。通風(fēng)降塵效果已經(jīng)無潛力可挖。

綜上所述，造成21615綜采工作面大量產(chǎn)塵的主要原因是：采煤機(jī)割煤、工作面移架及工作面的通風(fēng)狀況。

2 21615綜采工作面采用的綜合防塵措施

針對(duì)21615綜采工作面粉塵形成的原因，礦井設(shè)計(jì)并實(shí)施以下綜合防塵措施。

2.1 煤層注水

采用淺孔動(dòng)壓注水每個(gè)工作面必須安設(shè)不得少于2臺(tái)ZAF－16型快速注水器，且每班安設(shè)2名專兼職注水工，進(jìn)行煤層注水作業(yè)。工作面必須安設(shè)專用的Φ19×10高壓膠管作為煤層注水主管路（兼防塵管路），分水管規(guī)格為Φ10×5高壓膠管，其額定耐壓強(qiáng)度均不小于35MPa。配備專用的煤層注水泵，保證煤層注水水壓在8～10MPa。工作面采用短臂注水，注水孔深度為1.2m，眼距2.2m。ZAF－16型快速注水器與分水管相連接，注水器插進(jìn)注水孔后，先關(guān)閉卸載閥，然后緩慢開啟截止閥，注水2min左右，待注水鉆孔附近煤壁、頂板出現(xiàn)滲水后，先關(guān)閉截止閥，然后緩慢打開卸載閥，卸載后，取出ZAF－16型快速注水器。

2.2 采煤機(jī)使用內(nèi)、外噴霧

MG210/485-PWD雙滾筒采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)采用內(nèi)、外噴霧相結(jié)合的措施，內(nèi)噴霧水霧粒徑在200um以下，水霧的擴(kuò)散角小，噴嘴距塵源距離為0.5m，噴嘴距截齒100-150mm。外噴霧采用GCMJPW-1風(fēng)水噴霧，水由安裝在截割部的固定箱上的風(fēng)水噴霧器噴出，形成水霧覆蓋塵源，從而使粉塵濕潤沉降。采用風(fēng)水噴霧的原因是，噴出的水霧粒徑小，粒徑的運(yùn)動(dòng)速度高，水霧的覆蓋面積大，水霧密度大，可以提高粉塵濕潤的效果。安裝風(fēng)水噴霧器有效射程為2-3m，滿足采煤機(jī)工作時(shí)的基本降塵要求。

2.3 工作面支架內(nèi)和運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)使用聯(lián)動(dòng)噴霧

在工作面支架中每隔10架安裝聯(lián)動(dòng)噴霧進(jìn)行降塵，支架噴霧供水主管路安裝電磁閥，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板輸送機(jī)工作或停止時(shí)設(shè)備開停傳感器發(fā)出控制信號(hào)傳輸至多功能控制驅(qū)動(dòng)器，通過驅(qū)動(dòng)器控制電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)噴霧聯(lián)動(dòng)。轉(zhuǎn)載點(diǎn)聯(lián)動(dòng)噴霧同理。

2.4 回風(fēng)流中設(shè)置捕塵網(wǎng)

在工作面回風(fēng)巷中共安裝兩道全斷面捕塵網(wǎng)，捕塵網(wǎng)主體采用20目304L不銹鋼紗網(wǎng)制作，第一道固定在超前支護(hù)外20m，第二道固定在超前支護(hù)外35m，捕塵網(wǎng)為可移動(dòng)式，隨工作面推采移動(dòng)。捕塵網(wǎng)由采煤工區(qū)專人負(fù)責(zé)定時(shí)沖刷，確保降塵效果和風(fēng)流暢通。

3 GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

21615工作面的主要粉塵測(cè)量方式是GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，輔助測(cè)量方式為粉塵采樣器測(cè)量。測(cè)量地點(diǎn)為工作面回風(fēng)側(cè)端頭外10m和捕塵網(wǎng)外。測(cè)量順序?yàn)椴擅簷C(jī)開機(jī)、采煤機(jī)噴霧開啟、支架噴霧開啟、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧開啟、捕塵網(wǎng)外，各測(cè)點(diǎn)每天分別進(jìn)行2次測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為2014年2月17日至2014年3月11日。測(cè)量結(jié)果取24天測(cè)量結(jié)果平均值見下表1。

4 結(jié)論

4.1 通過計(jì)算可知，應(yīng)用了各種防塵技術(shù)后，21615工作面有效降塵率為93.5%，達(dá)到較高的降塵效果。

4.2 捕塵網(wǎng)外最終粉塵質(zhì)量濃度仍然較高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)塵源控制和降塵效果。如何減少噴霧水珠的表面張力，來提高降塵效率，將是未來綜合防塵的研究方向之一。

4.3 在測(cè)量過程中，GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器在高濃度粉塵環(huán)境中容易受到干擾，需要經(jīng)常清理進(jìn)風(fēng)口和光源，否則測(cè)量誤差較大。

參考文獻(xiàn)：

[1]山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)有限公司北徐樓煤礦21615工作面作業(yè)規(guī)程[S].

[2]王兆喜.礦粉塵在線監(jiān)測(cè)及智能噴霧降塵技術(shù)[J].煤礦安全，2008(07).

[3]趙棟.礦井綜合防塵措施[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2003(z1).

[4]俞輝.綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的研究[J].中國煤炭，2008(09).

endprint

摘要：討論了北徐樓煤礦21615薄煤層綜采工作面在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的礦井粉塵的來源和分布情況，采取的綜合防塵滅塵辦法，對(duì)采取防塵辦法前后的粉塵質(zhì)量濃度情況進(jìn)行了測(cè)量比較。

關(guān)鍵詞：煤礦 綜采工作面 粉塵監(jiān)測(cè) 粉塵治理

隨著地方煤炭資源整合和礦井機(jī)械化水平的提高，綜采工作面的粉塵濃度也明顯提高，影響井下安全生產(chǎn)、加快設(shè)備磨損、危及煤礦工人的身體健康。山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)股份有限公司北徐樓煤礦結(jié)合礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀，在礦井薄煤層綜采工作面21615面應(yīng)用了多種綜合防塵技術(shù)，安裝了GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器，充分利用了礦井現(xiàn)有防塵設(shè)施，使工作面降塵效率達(dá)到90%以上。

1 21615綜采工作面粉塵的成因及分布

21615工作面為16煤工作面，工作面走向長度均約594m，傾斜長度均約156m；采用單一煤層走向長壁后退式采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工藝順序?yàn)楦蠲骸萍堋乒伟遢斔蜋C(jī)，風(fēng)量為435 m3/min。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，在礦井中，連續(xù)產(chǎn)塵強(qiáng)度最大的作業(yè)場(chǎng)所主要是綜采工作面21615面。進(jìn)行綜采時(shí)，各道工序都會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵和巖塵，尤其是采煤機(jī)，在工作過程中（割煤、裝載、移架、運(yùn)輸）都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。其中，最主要的塵源是采煤機(jī)割煤。

1.1 采煤機(jī)作業(yè)粉塵成因及分布

采煤機(jī)在工作的過程中，由于滾筒對(duì)煤體進(jìn)行切割，以及螺旋葉片對(duì)煤體進(jìn)行破碎，在這一過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵。通常情況下，煤塵的來源主要包括：①進(jìn)行截割煤時(shí)，將截齒刀尖前的煤壓實(shí)成壓固核，當(dāng)壓固核接觸應(yīng)力達(dá)到極限時(shí)就會(huì)破碎，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。②煤體被采落后，由于后面截齒切割厚度的減少，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)塵量的增加。③煤被割下，以及被滾筒拋出后，在彈性恢復(fù)的過程中，會(huì)被分離成小煤塊，并伴有大量的煤塵產(chǎn)生。④經(jīng)過長時(shí)間的工作，截齒磨鈍后，各刃面形成弧面，通過與煤進(jìn)行碾壓和摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生煤塵。⑤煤體在截齒的沖擊下，進(jìn)行二次破碎，同時(shí)生成煤塵。

在工作時(shí)，由于采煤機(jī)的本體或滾筒都是移動(dòng)的，進(jìn)而在一定程度上決定了工作面煤塵濃度分布的不均勻性，隨采煤機(jī)的位置變化，導(dǎo)致工作面任一位置的煤塵濃度在時(shí)間和空間上將會(huì)不斷變化。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，煤機(jī)順風(fēng)進(jìn)行切割時(shí)，煤塵濃度沿著順風(fēng)方向，從前滾筒急劇增高；反之，煤塵濃度沿順風(fēng)方向不斷減小，煤塵濃度在離開滾筒兩個(gè)支架的位置后達(dá)到最低值；之后，沿著順風(fēng)方向煤塵濃度逐漸增加。通過上述分析可知，不論通過何種方式切割煤體，煤塵濃度最低位置出現(xiàn)在后滾筒的四周，與前滾筒位置煤塵濃度相比，其值約為50%-60%，其原因是采煤機(jī)噴霧降塵作用所致。

1.2 移架粉塵成因及分布

液壓支架支護(hù)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵也是工作面塵源之一。由移架所產(chǎn)生的呼吸性粉塵占采煤機(jī)司機(jī)位置的31%。移架產(chǎn)塵量的大小受多種因素影響，但最主要的直接頂板條件。

移架產(chǎn)塵量的多少與頂板強(qiáng)度成反比、與工作面所在區(qū)段的上覆頂板巖層厚度成正比。在移架的過程中，每一操作步驟所產(chǎn)生的粉塵量都不相同，在破碎頂板和，實(shí)測(cè)粉塵為45～214mg/m3，而在穩(wěn)定頂板條件下僅為24～49mg/m3。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)具有不穩(wěn)定的或破碎頂板的工作面，采取有效的降塵措施更為重要。

1.3 工作面通風(fēng)對(duì)粉塵分布的影響

當(dāng)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)采用逆向風(fēng)流，即工作面煤流方向與工作面風(fēng)流方向相反，工作面的進(jìn)風(fēng)流有揚(yáng)塵作用，產(chǎn)塵較多；反之順煤流通風(fēng)則產(chǎn)塵較少。同時(shí)，工作面進(jìn)風(fēng)揚(yáng)塵程度還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速大，揚(yáng)塵多，反之則少。

21615工作面在設(shè)計(jì)之初就考慮到了通風(fēng)降塵的作用，采用順煤流通風(fēng)。經(jīng)過通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，風(fēng)速嚴(yán)格控制在1.8m/s。通風(fēng)降塵效果已經(jīng)無潛力可挖。

綜上所述，造成21615綜采工作面大量產(chǎn)塵的主要原因是：采煤機(jī)割煤、工作面移架及工作面的通風(fēng)狀況。

2 21615綜采工作面采用的綜合防塵措施

針對(duì)21615綜采工作面粉塵形成的原因，礦井設(shè)計(jì)并實(shí)施以下綜合防塵措施。

2.1 煤層注水

采用淺孔動(dòng)壓注水每個(gè)工作面必須安設(shè)不得少于2臺(tái)ZAF－16型快速注水器，且每班安設(shè)2名專兼職注水工，進(jìn)行煤層注水作業(yè)。工作面必須安設(shè)專用的Φ19×10高壓膠管作為煤層注水主管路（兼防塵管路），分水管規(guī)格為Φ10×5高壓膠管，其額定耐壓強(qiáng)度均不小于35MPa。配備專用的煤層注水泵，保證煤層注水水壓在8～10MPa。工作面采用短臂注水，注水孔深度為1.2m，眼距2.2m。ZAF－16型快速注水器與分水管相連接，注水器插進(jìn)注水孔后，先關(guān)閉卸載閥，然后緩慢開啟截止閥，注水2min左右，待注水鉆孔附近煤壁、頂板出現(xiàn)滲水后，先關(guān)閉截止閥，然后緩慢打開卸載閥，卸載后，取出ZAF－16型快速注水器。

2.2 采煤機(jī)使用內(nèi)、外噴霧

MG210/485-PWD雙滾筒采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)采用內(nèi)、外噴霧相結(jié)合的措施，內(nèi)噴霧水霧粒徑在200um以下，水霧的擴(kuò)散角小，噴嘴距塵源距離為0.5m，噴嘴距截齒100-150mm。外噴霧采用GCMJPW-1風(fēng)水噴霧，水由安裝在截割部的固定箱上的風(fēng)水噴霧器噴出，形成水霧覆蓋塵源，從而使粉塵濕潤沉降。采用風(fēng)水噴霧的原因是，噴出的水霧粒徑小，粒徑的運(yùn)動(dòng)速度高，水霧的覆蓋面積大，水霧密度大，可以提高粉塵濕潤的效果。安裝風(fēng)水噴霧器有效射程為2-3m，滿足采煤機(jī)工作時(shí)的基本降塵要求。

2.3 工作面支架內(nèi)和運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)使用聯(lián)動(dòng)噴霧

在工作面支架中每隔10架安裝聯(lián)動(dòng)噴霧進(jìn)行降塵，支架噴霧供水主管路安裝電磁閥，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板輸送機(jī)工作或停止時(shí)設(shè)備開停傳感器發(fā)出控制信號(hào)傳輸至多功能控制驅(qū)動(dòng)器，通過驅(qū)動(dòng)器控制電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)噴霧聯(lián)動(dòng)。轉(zhuǎn)載點(diǎn)聯(lián)動(dòng)噴霧同理。

2.4 回風(fēng)流中設(shè)置捕塵網(wǎng)

在工作面回風(fēng)巷中共安裝兩道全斷面捕塵網(wǎng)，捕塵網(wǎng)主體采用20目304L不銹鋼紗網(wǎng)制作，第一道固定在超前支護(hù)外20m，第二道固定在超前支護(hù)外35m，捕塵網(wǎng)為可移動(dòng)式，隨工作面推采移動(dòng)。捕塵網(wǎng)由采煤工區(qū)專人負(fù)責(zé)定時(shí)沖刷，確保降塵效果和風(fēng)流暢通。

3 GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

21615工作面的主要粉塵測(cè)量方式是GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，輔助測(cè)量方式為粉塵采樣器測(cè)量。測(cè)量地點(diǎn)為工作面回風(fēng)側(cè)端頭外10m和捕塵網(wǎng)外。測(cè)量順序?yàn)椴擅簷C(jī)開機(jī)、采煤機(jī)噴霧開啟、支架噴霧開啟、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧開啟、捕塵網(wǎng)外，各測(cè)點(diǎn)每天分別進(jìn)行2次測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為2014年2月17日至2014年3月11日。測(cè)量結(jié)果取24天測(cè)量結(jié)果平均值見下表1。

4 結(jié)論

4.1 通過計(jì)算可知，應(yīng)用了各種防塵技術(shù)后，21615工作面有效降塵率為93.5%，達(dá)到較高的降塵效果。

4.2 捕塵網(wǎng)外最終粉塵質(zhì)量濃度仍然較高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)塵源控制和降塵效果。如何減少噴霧水珠的表面張力，來提高降塵效率，將是未來綜合防塵的研究方向之一。

4.3 在測(cè)量過程中，GCG1000型在線式粉塵濃度傳感器在高濃度粉塵環(huán)境中容易受到干擾，需要經(jīng)常清理進(jìn)風(fēng)口和光源，否則測(cè)量誤差較大。

參考文獻(xiàn)：

[1]山東豐源遠(yuǎn)航煤業(yè)有限公司北徐樓煤礦21615工作面作業(yè)規(guī)程[S].

[2]王兆喜.礦粉塵在線監(jiān)測(cè)及智能噴霧降塵技術(shù)[J].煤礦安全，2008(07).

[3]趙棟.礦井綜合防塵措施[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2003(z1).

[4]俞輝.綜采工作面粉塵運(yùn)移規(guī)律的研究[J].中國煤炭，2008(09).

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