馬道頭煤礦8212采煤工作面綜合防塵技術(shù)研究

李本一

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 左云 037100)

粉塵是煤礦主要危害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中綜采面的產(chǎn)塵量占 45%～80%[1]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：主要產(chǎn)塵源處所產(chǎn)生的粉塵中，10 μm 以下的微細(xì)粉塵占很大比例，長期工作在高濃度粉塵條件下極可能引發(fā)塵肺病[2]。此外，高濃度煤塵還可能引發(fā)煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸事故，爆炸威力比普通瓦斯爆炸更強(qiáng)[3]。為了高效防治采煤工作面粉塵，本文以馬道頭煤礦8212采煤工作面為例進(jìn)行綜合防塵技術(shù)研究，為其他采煤面防塵工作提供指導(dǎo)。

1 8212工作面概況

馬道頭煤礦位于山西省左云縣境內(nèi)，大同煤田南部，隸屬于晉能控股煤業(yè)集團(tuán)。礦井地質(zhì)資源量為39.7億t，設(shè)計(jì)資源儲量為21.5億t，設(shè)計(jì)可采儲量為14.1億t，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1 000萬t，礦井服務(wù)年限為94.3 a。8212工作面主要開采煤層為石炭系5號煤層，賦存較穩(wěn)定，總厚度為8.16～12.41 m，平均煤厚10.16 m，走向可采長度為600 m，傾向長度為258 m。

8212工作面采用雙滾筒采煤機(jī)割煤，采煤機(jī)滾筒擺動范圍為2.7～5.2 m，滾筒直徑2.3 m，截深0.8 m，牽引方式為齒輪銷軌式，最大牽引力771 kN，最大牽引速度30.2 m/min，裝機(jī)總功率1 715 kW，使用電壓等級3.3 kV。

2 8212綜采面粉塵濃度分布

為了高效治理工作面粉塵，首先對割煤過程中的粉塵分布情況進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，以采煤機(jī)所在位置為原點(diǎn)，順風(fēng)流方向?yàn)檎颉＝Y(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯趦煞N截割條件下粉塵濃度變化趨勢整體是近似的，采煤機(jī)下風(fēng)向10 m處呼塵和全塵濃度均最高，隨距離增加，粉塵濃度快速降低而后趨近平緩。逆風(fēng)時(shí)全塵濃度略低于順風(fēng)狀態(tài)，但距采煤機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)，逆風(fēng)狀態(tài)下全塵濃度呈現(xiàn)上升趨勢。

圖1 8212綜采工作面粉塵濃度分布

3 8212綜采面綜合降塵措施及效果分析

結(jié)合采煤機(jī)割煤過程中的粉塵濃度分布情況，制定了煤層注水、采煤機(jī)內(nèi)外噴霧、凈化水幕簾、架間噴霧、回風(fēng)巷轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧的綜合降塵措施。

3.1 煤層注水

在8212工作面開采之前20 d組織煤層注水鉆孔施工，在回風(fēng)巷從距開切眼200 m、朝巷口方向依次施工，進(jìn)風(fēng)巷從距開切眼285 m、朝巷口方向依次施工，如圖2所示。

圖2 煤層注水鉆孔布置示意

鉆孔孔徑為65 mm，注水方式采用單向超前長鉆孔注水，孔深不小于工作面傾斜長度的2/3，由于8212工作面屬特厚煤層，故將鉆孔深度確定為160 m，開口位置距地板1.5 m，鉆孔施工角度為4°，孔間距為10 m。每個(gè)鉆孔的注水量按公式(1)計(jì)算：

Q=LgBMp(W1-W2)K

(1)

式中：Lg為工作面長度，取258 m；B為鉆孔間距，取10 m；M為煤層厚度，取10.16 m；p為煤的容重，取1.45 t/m3；W1為注水后要求達(dá)到的水分，一般取4%；W2為煤層原有水分，煤層原有水分按1.8%計(jì)算；K為漏水備用系數(shù)，一般為1.05～1.08，取1.05。

單個(gè)鉆孔注水量計(jì)算結(jié)果為1 188 m3，最終確定在開展8212工作面煤體注水時(shí)，每個(gè)鉆孔的注水量為878.5 m3；考慮受地質(zhì)條件等因素影響，每個(gè)鉆孔注水量可上下浮動20%，即702.8～1 054.2 m3。

3.2 噴霧與水霧簾

3.2.1 多點(diǎn)噴霧

利用采煤機(jī)機(jī)組自帶內(nèi)、外噴霧裝置直接向滾筒割煤處噴射，在粉塵剛從煤壁上產(chǎn)生時(shí)迅速將其潤濕、沉降，達(dá)到從源頭治理粉塵的目的。割煤作業(yè)時(shí)內(nèi)外噴霧同時(shí)開啟，內(nèi)噴霧壓力設(shè)定為3 MPa，外噴霧壓力設(shè)定為5 MPa。噴頭霧化效果如圖3所示。在各液壓支架間安裝支架噴霧和放煤口噴霧裝置，其中放煤口噴霧噴射方向朝向落煤窗口。在工作面回風(fēng)巷各轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)處安設(shè)噴霧裝置，并裝設(shè)有粉塵密閉罩，防止粉塵外溢。

圖3 噴頭霧化效果

3.2.2 捕塵凈化水幕簾

為了治理經(jīng)過多點(diǎn)噴霧降塵后逃逸出來的粉塵和煤塊間相互碰撞產(chǎn)生的粉塵、二次揚(yáng)塵，在工作面及進(jìn)回風(fēng)巷中設(shè)置多道捕塵凈化水幕簾，如圖4所示。在進(jìn)風(fēng)巷距進(jìn)風(fēng)口50 m范圍內(nèi)設(shè)置1道捕塵凈化水幕簾、距工作面100～150 m范圍內(nèi)設(shè)置1道捕塵凈化水幕簾；在回風(fēng)巷距工作面50 m范圍內(nèi)設(shè)置2道捕塵凈化水幕簾(間距大于5 m)、距回風(fēng)口50 m范圍設(shè)置1道捕塵凈化水幕簾。凈化水幕噴頭迎風(fēng)流方向，并與風(fēng)流方向呈45°，開啟能覆蓋巷道全斷面；在割煤、放煤等作業(yè)時(shí)捕塵凈化水幕簾均可自行開啟。

圖4 捕塵水霧簾示意

3.3 降柱、移架和放煤時(shí)的防塵措施

除了采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵外，液壓支架的降柱、移架、放頂煤及采空區(qū)巖石移動過程中也會產(chǎn)生大量粉塵[4]；運(yùn)煤過程中也產(chǎn)生煤塵。為進(jìn)一步降低工作面煤塵濃度，每4 h沖刷一次支架浮塵，降柱、移架或放頂煤時(shí)對本架和上、下風(fēng)側(cè)鄰架同步噴霧。放頂煤時(shí)，打開下風(fēng)側(cè)放煤口噴霧打開，實(shí)現(xiàn)對煤塵的全過程治理。

3.4 粉塵治理效果

采用直讀式測塵儀測量工作面綜合降塵措施的治理效果。根據(jù)《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里對采煤面粉塵測定地點(diǎn)的規(guī)定，在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處、回風(fēng)巷與工作面相距10 m處分別設(shè)定測塵點(diǎn)，采用兩臺直讀式測塵儀同時(shí)測定人員呼吸帶高度處的呼吸性粉塵和總粉塵濃度。根據(jù)《工作場所空氣中粉塵測定》規(guī)定，為了保證采樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確高效，利用短時(shí)間采樣的辦法，采樣流量設(shè)定為20 L/min，采樣時(shí)間為15 min。測塵結(jié)果如表1所示。降塵率按照公式(2)計(jì)算[5]。

(2)

式中：μ為降塵率，%；c1為沒有降塵措施時(shí)的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

表1 各測塵點(diǎn)粉塵濃度

在沒有采用降塵措施時(shí)，采煤機(jī)割煤過程中產(chǎn)生了大量粉塵，采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處全塵平均濃度高達(dá)831 mg/m3，呼塵濃度高達(dá)429.4 mg/m3；在回風(fēng)巷道距離工作面10 m處，全塵平均濃度為310.1 mg/m3，呼塵濃度為119.5 mg/m3。根據(jù)我國《煤礦安全規(guī)程》中關(guān)于粉塵允許濃度的規(guī)定，全塵最高僅為10 mg/m3，呼塵則為3.5 mg/m3，可以看出，8212工作面割煤產(chǎn)生的粉塵濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《規(guī)程》允許值，將對工作人員的身心健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。經(jīng)過綜合降塵措施以后，采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處的全塵平均濃度降低至134.6 mg/m3，呼塵濃度降至84.5 mg/m3，降塵率分別為83.8%和80.3%；而回風(fēng)巷距工作面10 m處全塵平均濃度降低至26.8 mg/m3，呼塵濃度降至11 mg/m3，降塵率分別為91.3%和90.8%.雖然絕對值未達(dá)《規(guī)程》規(guī)定，但已極大程度上降低了粉塵濃度，減少了粉塵的危害性。

4 結(jié) 語

對8212采煤工作面順風(fēng)和逆風(fēng)割煤時(shí)的粉塵濃度分布分析結(jié)果表明，采煤機(jī)下風(fēng)向10 m處粉塵濃度最高，逆風(fēng)狀態(tài)下全塵濃度略高于順風(fēng)狀態(tài)。結(jié)合工作面實(shí)際，提出了以煤層注水和采煤機(jī)內(nèi)外噴霧為主，以支架架間、放煤口、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等多點(diǎn)噴霧為輔的綜合防塵措施?，F(xiàn)場實(shí)測結(jié)果表明，利用綜合降塵措施后，采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處的全塵和呼塵降塵率分別為83.8%和80.3%，回風(fēng)巷距工作面10 m處全塵和呼塵降塵率分別為91.3%和90.8%，極大改善了工作面空氣環(huán)境，保障了工人身心健康。