3102綜采面綜合防塵降塵技術(shù)應(yīng)用研究

屈 卓

（山西西山煤電（股份）有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

1 工作面概況

西曲礦二井3102工作面走向長1540m，傾斜長145m，煤層平均厚度2.45m，煤層傾角48°，煤層結(jié)構(gòu)松軟，普氏系數(shù)f＜l。3102綜采工作面為急傾斜煤層，在開采過程中割煤機(jī)組滾筒在對工作面煤壁截割時和煤炭在自溜及運(yùn)輸過程中產(chǎn)生大量粉塵，檢測粉塵濃度高達(dá)300mg/m3以上，對職工的身體危害較大，還存在粉塵爆炸的安全隱患。因此，以3102綜采工作面為研究對象，研究尋求科學(xué)、合理、有效的方法和手段進(jìn)行粉塵治理，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，防止煤塵爆炸事故，確保開采安全。

2 綜合防塵降塵技術(shù)方案

2.1 煤層超前注水

針對3102綜采工作面的實(shí)際情況，開展以下兩項(xiàng)煤層注水試驗(yàn)，分別進(jìn)行粉塵濃度測定以觀察注水降塵效果，研究確定煤層最佳注水超前距離和注水量。若在3102風(fēng)巷煤層超前注水試驗(yàn)中取得較好效果，則在3102機(jī)巷相應(yīng)位置布置注水孔，與風(fēng)巷同時進(jìn)行注水。

2.1.1 靜壓注水

（1）注水方式。將3102南風(fēng)巷原抽采鉆孔作為煤層注水鉆孔，利用現(xiàn)有的工作面防塵水壓力對煤層進(jìn)行靜壓注水。

（2）操作步驟。將3102南風(fēng)巷內(nèi)需要注水的順層鉆孔停止抽放，用三通和高壓膠管將每個鉆孔與供水管路連接，一次連接5～10個鉆孔同時進(jìn)行注水，實(shí)行先注后采，靠近工作面的注水鉆孔距工作面大于10m。注水前，提前關(guān)閉3102南機(jī)巷內(nèi)對應(yīng)地點(diǎn)的瓦斯抽采匯流器，防止水流進(jìn)入抽采管路影響抽采效果。

2.1.2 高壓動壓注水

高壓動壓注水系統(tǒng)如圖1所示。

（1）注水方式。利用原3102南風(fēng)巷的抽采鉆孔作為煤層注水鉆孔，利用現(xiàn)有的工作面乳化泵水壓力，對煤層進(jìn)行高壓動壓注水。

（2）操作步驟：

① 將原3102南風(fēng)巷施工的順層鉆孔停止抽采，用手持式氣動鉆機(jī)、專用擴(kuò)孔鉆頭對鉆孔封孔段進(jìn)行洗孔、清理、暢通，擴(kuò)孔段長度應(yīng)不低于6m。然后采用專用快速煤層注水封孔器進(jìn)行封孔，封孔長度不低于6m，封孔后將封孔器用高壓膠管與供水管路連接起來。

② 若擴(kuò)孔長度達(dá)不到6m時，將焊有快速接頭4分白鐵管（2m/根，先插入的一根里端纏上紗布堵漿）插入鉆孔抽采管內(nèi)，然后向白鐵管外壁與抽采管的縫隙內(nèi)注入波雷因進(jìn)行充填，插入的白鐵管不少于2根，封孔后將白鐵管用高壓膠管與供水管路連接起來。封孔后待波雷因凝固達(dá)到規(guī)定時間后進(jìn)行高壓動壓注水。

③ 當(dāng)直接向抽放孔內(nèi)插入4分白鐵管無法實(shí)施時，則采用ZY-150型鉆機(jī)重新在預(yù)定注水位置重新施工注水鉆孔，鉆孔深度不低于40m，采用專用快速注水封孔器封孔或焊有快速接頭25mm白鐵管配水泥漿或波雷因封孔，封孔長度不低于6m。

圖1 高壓動壓注水系統(tǒng)示意圖

（3）最里的一個注水孔距工作面上出口的距離根據(jù)方案試驗(yàn)情況確定，但不應(yīng)小于10m和大于20m，一次連接4～5個鉆孔同時進(jìn)行注水，實(shí)行超前預(yù)注水。注水前要提前關(guān)閉注水點(diǎn)對應(yīng)的3102南機(jī)巷位置的瓦斯抽采匯流器，防止水流進(jìn)入抽采管路影響抽采效果。

（4）前期準(zhǔn)備工作。由采煤隊(duì)在注水點(diǎn)20m外的乳化泵管上提前設(shè)好三通、閘閥，由通風(fēng)隊(duì)負(fù)責(zé)加工帶有高壓表（量程不小于24MPa）、高壓流量表的直通及乳化泵管。

（5）注水壓力。采用動壓注水（乳化泵注水），將泵壓控制到5～10MPa。

2.1.3 脈沖動壓注水

封孔方式與高壓動壓注水類似，但采用脈沖泵作為注水的動力。煤層注水時根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇以上三種方式中的其中一種或幾種。實(shí)施煤層超前預(yù)注首先采取靜壓注水，注水時要對工作面注水前后進(jìn)行粉塵濃度測定以觀察注水降塵效果，如靜壓注水得不到預(yù)期的效果則改為高壓動壓注水，高壓動壓注水前后也需對工作面粉塵濃度進(jìn)行測定。如煤層超前注水對工作面降塵達(dá)到預(yù)期效果，則在對應(yīng)3102機(jī)巷相應(yīng)位置布置注水孔與風(fēng)巷同時進(jìn)行注水。

2.2 ZPZ127綜采工作面自動高壓噴霧降塵應(yīng)用

2.2.1 降塵原理分析

ZPZ127綜采工作面自動高壓噴霧降塵裝置示意圖如圖2所示。將GKT5L煤礦用設(shè)備開停傳感器、水位探頭等所采集的信號送至主機(jī)，主機(jī)對不同傳感器所采集的信號分別進(jìn)行處理，根據(jù)不同的處理信號結(jié)果對電動球閥、啟動器和注水泵進(jìn)行相應(yīng)的控制，使噴霧和采煤機(jī)的工作同步，實(shí)施帷幕降塵。噴霧產(chǎn)生的帷幕包裹重點(diǎn)產(chǎn)塵區(qū)域，機(jī)組人員活動區(qū)域形成氣流負(fù)壓，凈化礦工工作環(huán)境。該降塵裝置采用高速霧粒與塵粒交叉撞擊的機(jī)理，避免一般噴霧對難溶性粉塵降塵率低的難題。當(dāng)噴霧射流撞擊到煤壁時所有粉塵加速降落，提高降塵率，實(shí)現(xiàn)與不同煤礦粉塵粒度和霧化粒度配比契合關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)場粉塵性質(zhì)配置不同霧化噴頭，實(shí)現(xiàn)粉塵粒度與霧化粒度配比更合理，降塵效果最佳化。

圖2 ZPZ127綜采工作面自動高壓噴霧降塵裝置示意圖

2.2.2 設(shè)備配備

綜采工作面用自動灑水降塵裝置主要由ZPZ-127自動灑水降塵裝置主機(jī)、GKT5L煤礦用設(shè)備開停傳感器、水位探頭、QBZ-80/1140（660）礦用隔爆型真空電磁起動器、DFB-20/10Q礦用隔爆型電動球閥、自控水箱、YBK2-180L-4煤礦井下用隔爆型三相異步電動機(jī)、BZW63/12.5煤層注水泵等裝置組成。

2.2.3 裝置安設(shè)

DFB-20/10Q礦用隔爆型電動球閥、自控水箱和加壓泵安設(shè)在3102南風(fēng)巷繞巷處，并用l9mm的鋼編管連接至割煤機(jī)外噴頭。電氣設(shè)備安設(shè)在3102南風(fēng)巷設(shè)備處，設(shè)備調(diào)試正常運(yùn)轉(zhuǎn)時可無人值守。

2.3 安裝汽水噴霧防塵裝置

汽水噴霧防塵裝置降塵示意圖如圖3所示。在原有防塵噴霧上增加壓風(fēng)裝置，以風(fēng)動力致使防塵水在噴出后霧化效果更好，使水霧更能有效地捕捉煤在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中所產(chǎn)生的粉塵。裝置安設(shè)在工作面下出口1～10號支架處和轉(zhuǎn)載機(jī)處。選用Ф10mm的三通接頭，連接在原防塵裝置的進(jìn)水端，將三通一端的進(jìn)口連接防塵水管，另一端連接壓風(fēng)。

圖3 汽水噴霧防塵裝置降塵示意圖

2.4 合理調(diào)配工作面風(fēng)量

通過加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯抽采，降低工作面瓦斯涌出量，在保證工作面瓦斯不超限的情況下適當(dāng)調(diào)小工作面配風(fēng)量，以降低在割煤時和煤在轉(zhuǎn)運(yùn)時產(chǎn)生的粉塵飛揚(yáng)。

3 綜合防塵降塵技術(shù)方案的實(shí)施

2018年2月，西曲礦二井通風(fēng)隊(duì)在3102工作面10號至5號支架處、轉(zhuǎn)載機(jī)處安設(shè)3組汽水噴霧防塵裝置，以風(fēng)動力增加噴水霧化效果，增大有效捕捉煤炭在自滑及運(yùn)輸中產(chǎn)生的粉塵。

在3102機(jī)巷膠帶機(jī)頭、中部轉(zhuǎn)運(yùn)巷膠帶機(jī)頭各安設(shè)了1組ZP-127礦用自動灑水降塵裝置（膠帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧）。該裝置配合觸控傳感器實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)頭自動防塵，即在膠帶有物料時開啟防塵水幕進(jìn)行防塵，無物料時自動關(guān)閉防塵水幕。

2018年2月中旬，南二井通風(fēng)隊(duì)將原3102南風(fēng)巷距工作面30m的順層鉆孔（長度大于40m）按每5個為一組作為注水孔，采用靜壓注水方式對3102工作面煤體進(jìn)行了注水，注水壓力0.5～1MPa。3月中旬，將每組注水鉆孔個數(shù)由5個調(diào)整為10個，繼續(xù)采用靜壓注水方式進(jìn)行煤層注水。5月上旬，將煤層注水距工作面的距離由30m調(diào)整為25m。6月下旬，將煤層注水距工作面的距離由25m調(diào)整為15m。至2018年9月30日，累計(jì)注水量為574m3。

從2018年2月開始，在3102工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)、回風(fēng)側(cè)設(shè)置測塵點(diǎn)，每月對工作面進(jìn)行不少于3次的粉塵濃度測定，測定儀器采用CCGZ-1000直讀式測塵儀。每次測定分為：注水前割上刀煤上段、下段，使用氣水防塵噴霧時，注水后割上刀煤上段、下段，注水后割下刀煤。使用ZPZ127自動高壓噴霧降塵裝置時進(jìn)行粉塵濃度數(shù)據(jù)對比，對工作面綜合防塵效果進(jìn)行考察。

4 效果與結(jié)論

3102工作面綜合防塵降塵技術(shù)措施完全適合該礦采煤工作面粉塵防治。經(jīng)測定工作面粉塵濃度在由300mg/m3以上下降至95～110mg/m3，下降65%以上，實(shí)施效果好，改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，保證了工人的身體健康，減少了粉塵對機(jī)械設(shè)備磨損，增加了精密儀器的使用壽命，消除了因粉塵濃度過高潛伏的煤塵爆炸危險，確保了3102工作面的安全生產(chǎn)。