三交河礦回采工作面高效抑塵技術(shù)應(yīng)用研究

原志強(qiáng)

（霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦，山西 洪洞 041600）

1 引 言

綜采一次采全高開采法具有產(chǎn)量大、效率高等明顯優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。然而，隨著采高的增大，產(chǎn)塵量也隨之增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，綜采工作面在不采用防塵措施的情況下，粉塵濃度可達(dá)到2000～3000mg/m3，采煤機(jī)割煤時(shí)甚至可達(dá)10000mg/m3，給本就惡劣的井下工作環(huán)境帶來更大破壞。傳統(tǒng)除塵設(shè)備無(wú)法消除快速、高密度涌出的大量煤塵，粉塵問題成為影響綜采工作面安全生產(chǎn)的極大隱患，威脅著礦井安全和工人的身體健康。

三交河礦回采工作面回采期間煤塵濃度大，在防塵設(shè)備開啟狀態(tài)下粉塵濃度可達(dá)近500mg/m3，現(xiàn)有液壓支架噴霧技術(shù)未在人行道處布置除塵設(shè)備，成為降塵的盲區(qū)。而灑水降塵因液體水的表面張力大，難以造成疏水煤塵溶解、沉降，使得工作面的粉塵濃度一直居高不下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的身心健康造成了嚴(yán)重危害。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來確定塵源的分布、運(yùn)移規(guī)律，建立起三交河煤礦采煤工作面高效抑塵技術(shù)及裝備體系，有效降低采煤工作面的粉塵濃度，以保障煤礦的安全高效生產(chǎn)及工人的身心健康，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 粉塵來源測(cè)定分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，綜采工作面的粉塵來源主要產(chǎn)生在割煤、移架、轉(zhuǎn)載、破煤等環(huán)節(jié)。其中，割煤是粉塵最大來源，且隨著采煤機(jī)滾筒的移動(dòng)，粉塵產(chǎn)出點(diǎn)也在不斷移動(dòng)；移架過程中，破碎的頂煤隨支架前移而下落，粉塵量大，很難控制；割煤過程中也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，且隨風(fēng)流向工作面轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)載處揚(yáng)塵較大，隨工作面進(jìn)風(fēng)流進(jìn)入工作面，此處粉塵集中，可實(shí)現(xiàn)集中降塵控制；破碎機(jī)破煤時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵。因此，粉塵來源采樣需滿足以下條件：

（1）因工作面回風(fēng)影響，采樣應(yīng)在粉塵來源點(diǎn)的下風(fēng)側(cè)粉塵均勻的地方進(jìn)行粉塵濃度測(cè)定；

（2）考慮到工作面各操作工人作業(yè)地相對(duì)固定，應(yīng)在相對(duì)固定的操作點(diǎn)或停留處進(jìn)行粉塵濃度采樣；

（3）粉塵濃度測(cè)定采用多次檢測(cè)取平均值的方法進(jìn)行，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)定3次以上，取平均值作為該點(diǎn)的粉塵濃度值，以確保粉塵濃度測(cè)定數(shù)據(jù)的科學(xué)可靠。

根據(jù)以上原則，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB5748-85、MT79-84)確定三交河煤礦試驗(yàn)工作面的粉塵采樣點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 三交河煤礦采煤工作面測(cè)塵點(diǎn)布置示意圖

如圖2，根據(jù)測(cè)定結(jié)果顯示，割煤、落煤、移架為產(chǎn)塵主要來源，采煤機(jī)落煤處粉塵濃度達(dá)到436.6mg/m3，粉塵濃度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《煤礦安全規(guī)程》和國(guó)家勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限度，針對(duì)割煤、落煤、移架三道工序作降塵控制是綜采工作面除塵的關(guān)鍵。

圖2 綜采工作面重點(diǎn)產(chǎn)塵部位粉塵濃度分布圖

3 綜合防塵技術(shù)研究應(yīng)用

3.1 工程概況

三交河煤礦2-508綜采工作面主采2#煤層，煤厚3.8～5.2m，煤層傾角2°～8°，工作面長(zhǎng)度250m，配風(fēng)2m/s。采用一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法控制頂板。作業(yè)方式采用臨架操作、整體順序移架的方式進(jìn)行追機(jī)作業(yè)，采用采煤機(jī)落煤、裝煤，可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。2-508工作面原主要防塵措施為回風(fēng)巷安設(shè)兩道回風(fēng)流凈化水幕，工作面采煤機(jī)安裝內(nèi)、外噴霧，液壓支架架間噴霧，工作面各個(gè)轉(zhuǎn)載運(yùn)輸點(diǎn)噴霧等等。

3.2 防塵技術(shù)運(yùn)用

當(dāng)前主要采用的煤層防塵技術(shù)有煤層注水、噴霧降塵、除塵器（設(shè)備）降塵技術(shù)、物理化學(xué)防塵（物理防塵是通過磁化清水提高其對(duì)全塵和呼吸性粉塵的降塵率；化學(xué)防塵是煤層注水和噴霧降塵的輔助，即采用化學(xué)制劑改善水對(duì)煤及煤塵的潤(rùn)濕性，提升注水、噴霧降塵效果）等。

（1）煤層注水。在2-508工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷每隔30m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，向煤層深部打密集長(zhǎng)鉆孔，封孔后利用高壓泵向煤體內(nèi)靜壓注水，直至工作面超前支護(hù)到達(dá)時(shí)拆除設(shè)備，充分增加煤體含水率。

（2）高壓霧化噴嘴改良。采用Winner312工業(yè)噴霧激光粒度分析儀測(cè)定霧化水的粒徑分布情況，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析并得到霧場(chǎng)的粒徑分布情況，根據(jù)分布情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整優(yōu)化，提高降塵效果。

（3）采煤機(jī)及支架噴霧除塵裝置。工作面風(fēng)流因采煤機(jī)前滾筒的高速旋轉(zhuǎn)及逆風(fēng)噴霧，采煤機(jī)前端形成渦流，為解決以上問題，采用WGSCW-1型、WGSCW-2型兩種新型外噴霧除塵裝置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況任意調(diào)節(jié)水幕扇角，使水幕理想地覆蓋在采煤機(jī)截割部，同時(shí)具有一定的負(fù)壓二次除塵功能。

（4）物理化學(xué)防塵。將RTM磁化器串聯(lián)于噴霧水主管道中，磁化噴霧水，增大粉塵吸附能力。在噴霧水路中設(shè)置濕潤(rùn)劑混合管道，增大噴霧水對(duì)粉塵的濕潤(rùn)效果，提升降塵效果。工作原理如圖3所示。

3.3 防塵治理效果考察

經(jīng)過以上降塵措施，2-508工作面粉塵濃度有了明顯降低，數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示，從圖中可以看出，粉塵濃度降低幅度達(dá)到20%～70%，工作面的粉塵濃度得到顯著降低，為井下工作人員創(chuàng)造了更為健康的工作環(huán)境。

圖3 理化抑塵試劑添加裝置工作示意圖

圖4 工作面綜合防塵優(yōu)化前后粉塵濃度對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

（1）割煤、移架為產(chǎn)塵主要來源，針對(duì)割煤、落煤、移架三道工序布置降塵設(shè)備是綜采工作面除塵的關(guān)鍵。

（2）多種防塵技術(shù)在綜采工作面的綜合運(yùn)用取得了明顯效果，關(guān)鍵位置的粉塵濃度下降了20%～70%，極大地減小了粉塵隱患。

（3）高壓霧化噴嘴改良、采煤機(jī)及支架噴霧除塵裝置使用后，高壓水霧覆蓋整個(gè)滾筒和采煤機(jī)前后機(jī)道，防止了粉塵擴(kuò)散，降塵效果明顯。