綜采工作面綜合防塵技術(shù)研究

楊宏飛

【摘 要】 針對綜采工作面煤炭回采時普遍存在的粉塵濃度高、煤層原始含水率低等特點，本文基于粉塵分源治理、防降結(jié)合思路，提出綜合使用煤層超前注水、采煤機高壓噴霧、轉(zhuǎn)載機及破碎機密閉噴霧降塵、回風(fēng)巷濕式捕塵簾降塵等立體粉塵防治技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好粉塵防治效果。研究結(jié)果表明：1）超前注水增加煤層自身含水率可降低綜采工作面粉塵產(chǎn)生量，鉆孔參數(shù)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮采面斜長、瓦斯壓力、滲透性系數(shù)以及埋深等參數(shù)，以便達(dá)到增加煤層注水效果目的;2）采煤機割煤以及液壓支架是綜采工作面主要產(chǎn)塵點，采用自動化噴霧除塵系統(tǒng)可依據(jù)采煤機位置、液壓支架狀態(tài)進(jìn)行自動噴霧，在減少噴霧用水使用量的同時達(dá)到高效除塵效果;3）在采面轉(zhuǎn)載機及破碎機綜合使用防塵罩、噴霧裝置可減少粉塵外溢量;4）在距離采面50m范圍內(nèi)布置3道由六頭盒式噴頭、過濾紗窗、過濾紗門等構(gòu)成的濕式捕塵簾可有效降低回風(fēng)巷內(nèi)粉塵濃度。研究成果可為其他礦井類似情況下綜采工作面粉塵綜合防治提供經(jīng)驗借鑒。

【關(guān)鍵詞】 煤炭開采;防塵技術(shù);煤層注水;噴霧降塵;高壓噴霧

【中圖分類號】 TD714 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）05-0011-03

粉塵是煤炭資源開采過程中的連帶產(chǎn)生物，高濃度粉塵會影響井下作業(yè)人員身體健康，而且當(dāng)粉塵具有爆炸性時會給煤炭回采帶來嚴(yán)重安全威脅。

目前礦井常用的粉塵防治措施有煤層注水、沖洗巷道浮塵、濕式打鉆、轉(zhuǎn)載機及帶式輸送機噴霧降塵、采煤機噴霧、凈化水幕等，通過綜合使用多種粉塵措施可達(dá)到提高粉塵防治效果目的。11305綜采工作面開采的11號煤層具有突出危險性，本身含水率低，采面回采期間粉塵產(chǎn)生量較大，為此，文中就以該采面粉塵防治為工程背景，基于粉塵分源治理、防降結(jié)合思路設(shè)計立體防塵技術(shù)方案并進(jìn)行工程應(yīng)用，以期為其他礦井類似情況粉塵防治提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦11305工作面開采11號煤層，煤厚4.2m，采用綜合機械化開采工藝，采高4.2m。11號煤層傾角9°，埋深平均560m，屬于煤與瓦斯突出煤層。11305工作面設(shè)計走向推進(jìn)長度1256.5m、切眼傾向長度226m。11號煤層為優(yōu)質(zhì)的無煙煤，煤質(zhì)分析結(jié)果為：Ad=11.27%、Mt=2.7%、St=1.85%、Vdaf=9.08%。11305工作面額定供風(fēng)量為1205m3/min。采用CCGC-1000測塵儀對上述位置粉塵濃度進(jìn)行測定，具體測定結(jié)果見表1。

從表1看出，采面在回采過程中粉塵產(chǎn)生量較高，作業(yè)人員長期處于高濃度粉塵下會嚴(yán)重影響身體健康，而且11305工作面開采的11號煤層煤塵具有爆炸性，高濃度粉塵會給回采安全帶來威脅。因此，應(yīng)針對采面實際情況進(jìn)行針對性粉塵防治。

2 采煤工作面立體防塵技術(shù)

根據(jù)以往研究成果并結(jié)合11305工作面粉塵產(chǎn)生量大、煤層原始含水率低等特點，基于粉塵分源治理、防降結(jié)合思路設(shè)計立體防塵技術(shù)方案。

2.1 煤層超前注水

煤層超前注水是在采面開采前以及開采過程中向煤體進(jìn)行有壓注水，水在煤體內(nèi)裂隙擴展增加煤層水分，進(jìn)而降低煤炭開采時粉塵產(chǎn)生能力。煤層注水是降低采煤工作面粉塵產(chǎn)生量的最有效技術(shù)之一。

11305工作面開采的11號煤層煤體結(jié)構(gòu)簡單，大部分可采，煤層自然含水率介于1.0%～2.2%、孔隙率在4%以上，采面斜長226m。根據(jù)采面情況，并結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)注水規(guī)定，確定采用雙向長鉆孔方式進(jìn)行煤層注水。具體注水方案為：

注水孔開孔高度為1.8m、鉆孔間距5.0m、傾角12°，鉆孔孔徑75mm、孔深115m;注水孔封孔用膨脹式封孔器，有效封孔長度在10m以上;鑒于11號煤層孔隙發(fā)育，透水性較強以及煤層瓦斯壓力較大（原始瓦斯壓力1.5MPa），將注水壓力設(shè)計為4～6MPa，注水過程中通過調(diào)節(jié)注水流量調(diào)整注水壓力。

在煤層注水過程中監(jiān)測注水壓力、注水流量等參數(shù)，確保注水完成后煤層含水率增加量在1.5%以上。

2.2 采煤機高壓噴霧

11305工作面采煤機原采用內(nèi)外噴霧技術(shù)降塵，但是受到噴霧降塵水壓低、噴霧水質(zhì)差等因素影響，采煤機內(nèi)噴霧常出現(xiàn)堵塞、外噴霧霧化效果不佳等問題，難以對采煤機割煤時產(chǎn)生的細(xì)微粉塵進(jìn)行捕捉;同時采煤機不斷移動，割煤滾筒擺動幅度大、產(chǎn)塵位置不斷變化，粉塵在風(fēng)流影響下快速擴散，采煤機常規(guī)的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)難以有效覆蓋割煤產(chǎn)塵點，從而使得采煤司機位置以及采面內(nèi)粉塵濃度較高。為有效降低采煤機割煤粉塵外溢量，決定在采煤機上增加布置塵源跟蹤高壓噴霧系統(tǒng)，以便實現(xiàn)采煤機割煤滾筒破煤區(qū)全覆蓋，具體塵源跟蹤高壓噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示。

塵源跟蹤高壓噴霧系統(tǒng)由主控箱（1個）、分控制器（若干組）、光控發(fā)射傳感器（1個）、光控接收器（若干個）以及電動球閥（若干個）等構(gòu)成。具體除塵原理為：在采面布置N個噴霧點（單個噴霧點包括電動球閥、光控接收器以及分控制器），當(dāng)采煤機移動至1號噴霧點位置后，采煤機光控發(fā)射傳感器發(fā)出的信號被光控接收器接收后傳輸給分控制器，控制器向電動球閥發(fā)出指令從而實現(xiàn)噴霧點噴霧;當(dāng)光控接收器接收不到信號后按照設(shè)定的延時時間噴霧，當(dāng)延時時間到后噴霧點停止噴霧;后續(xù)的噴霧點按照相同方式進(jìn)行噴霧，從而實現(xiàn)采煤機全覆蓋降塵。噴霧系統(tǒng)還可以控制采煤機下風(fēng)流方向噴霧點噴霧，從而有效降低采面內(nèi)粉塵量;同時還可以根據(jù)采煤機割煤時粉塵產(chǎn)生濃度智能控制噴霧點數(shù)量，達(dá)到控制采煤機割煤粉塵濃度的同時降低噴霧用水量。

2.3 液壓支架移架自動噴霧

液壓移架產(chǎn)塵是綜采工作面第二大產(chǎn)塵源，為此提出采用移架自動噴霧系統(tǒng)進(jìn)行降塵，實現(xiàn)噴霧降塵與液壓支架移架同步聯(lián)動。移架自動噴霧系統(tǒng)由降柱移架噴霧架、自動噴霧控制裝置、高壓供水管路以及相關(guān)配件等構(gòu)成，具體見圖2。

在支架降柱移架過程中降塵系統(tǒng)自動開啟，支架完成升架支撐后自動停止噴霧，同時噴霧壓力可在0.4～0.8MPa范圍內(nèi)調(diào)整。可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整噴霧壓力，將噴霧覆蓋整個降柱移架支架，從而達(dá)到最佳噴霧降塵效果。

2.4 轉(zhuǎn)載機及破碎機降塵

對于破碎機降塵可綜合使用防塵罩、噴霧裝置實現(xiàn)，將破碎機產(chǎn)生的粉塵控制在防塵罩內(nèi)并通過噴霧降低防塵罩內(nèi)粉塵濃度。由于轉(zhuǎn)載機難以有效覆蓋，為此采用噴霧方式降塵，具體在運煤流線路上安裝3～5個高壓噴霧噴嘴，對轉(zhuǎn)載過程進(jìn)行全覆蓋噴霧降塵。考慮到轉(zhuǎn)載點位置有人員專門值守、作業(yè)人員可及時進(jìn)行噴霧控制，為此此處噴霧降塵采用手動控制方式，將噴霧控制閥門布置在距離轉(zhuǎn)載機司機5m以內(nèi)位置。

2.5 回風(fēng)巷濕式捕塵簾

為有效降低回風(fēng)巷內(nèi)粉塵濃度，在距離采面50m范圍內(nèi)布置3道濕式捕塵簾，捕塵簾由過濾紗窗、防塵水幕、過濾紗門等構(gòu)成，可實現(xiàn)巷道全斷面覆蓋。

根據(jù)11305工作面回風(fēng)巷斷面，采用2寸鋼管制作成與巷道斷面一致的框架，并在巷道過人、過車位置布置可以開啟小門（小門上仍有防塵網(wǎng)），在框架上布置防塵網(wǎng);在噴霧水管上均勻布置噴頭，噴頭為霧化效果顯著的六頭盒式噴頭，具體見圖3所示。

噴霧后即會在防塵網(wǎng)上形成“霧膜”，空氣中粉塵在“霧膜”作用下粘附到防塵網(wǎng)上并流向巷道底板水溝中。采用的濕式捕塵簾可隨著采面推進(jìn)移動，挪移較為便捷。具體回風(fēng)巷濕式捕塵簾現(xiàn)場噴霧情況見圖4所示。

3 綜合防塵效果分析

在11305采煤工作面使用立體化防塵技術(shù)后，為考察防塵效果采用CCGC1000測塵儀對措施實施后的粉塵濃度進(jìn)行測定，并結(jié)合表1中原有粉塵濃度對防塵效果進(jìn)行計算，具體測定結(jié)果見表2所示。

從表2看出，在11305采煤工作面使用立體化防塵技術(shù)治理粉塵取得顯著效果。采煤機割煤時采煤機司機位置粉塵全塵濃度由500mg/m3以上降低至100mg/m3以下、呼吸性粉塵濃度由200mg/m3左右降低至50mg/m3左右，全塵、呼吸性粉塵綜合降低率分別達(dá)到82.8%、78.2%;回風(fēng)巷內(nèi)全塵以及呼吸性粉塵濃度分別控制在25.7 mg/m3、10.6 mg/m3，綜合降塵率分別達(dá)到86.6 %、74.7%。

4 結(jié)論

文章對煤層注水方案、采煤機噴霧降塵、破碎機及轉(zhuǎn)載機降塵、回風(fēng)巷濕式捕塵簾技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計。采煤機噴霧降塵可根據(jù)采煤機位置進(jìn)行針對性降塵，在滿足采面降塵需要基礎(chǔ)上避免采面積水;液壓支架移架自動降塵可根據(jù)液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行自動噴霧;回風(fēng)巷濕式捕塵簾不受回風(fēng)巷風(fēng)速影響，可實現(xiàn)全斷面降塵。

除塵方案應(yīng)用后采煤工作面全塵、呼吸性粉塵綜合降塵率平均分別為84.5%、78.7%。

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