9107綜采面通風(fēng)除塵技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用

李培育

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦，山西 高平 048406）

防塵是綜采工作面回采期間一項(xiàng)重要工作，采取合理有效的防塵措施，不僅有利于作業(yè)人員身心健康[1-5]，提高工作面能見(jiàn)度及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平，降低設(shè)備故障率，而且能有效防止粉塵爆炸事故的發(fā)生[6]。大多數(shù)綜采工作面主要采用噴霧裝置進(jìn)行降塵，由于受工作面環(huán)境、施工工藝等影響，噴霧除塵效果差，且造成工作面靜壓水損失嚴(yán)重，工作面內(nèi)積水量大等問(wèn)題[7]，無(wú)法滿(mǎn)足工作面安全高效生產(chǎn)需求。 本文以七一煤礦9107 工作面為例，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用泡沫復(fù)合除塵技術(shù)，達(dá)到了除塵效果好、對(duì)環(huán)境污染小等目的。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦9107 工作面位于一采區(qū)中西部，工作面北部為9106 采空區(qū)，東部為井田邊界，南部為實(shí)煤區(qū)，西部與一采區(qū)大巷相接，如圖1 所示。

圖1 9107 工作面平面布置

9107 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 800 m，傾向長(zhǎng)度為190 m。工作面回采煤層為9#煤層，9#煤層平均厚度為1.51 m ，平均傾角為3°，煤層相對(duì)穩(wěn)定；9#煤層層視（相對(duì)）密度為1.48 t/m3, 以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，含星散黃鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，鏡煤呈條帶狀，屬半亮型—半暗型煤。

根據(jù)《七一煤業(yè)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告》及《七一煤業(yè)2018年度瓦斯等級(jí)報(bào)告》瓦斯含量為：0.55 m3/t，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為1.17 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.64 m3/t，根據(jù)本工作面配風(fēng)和瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，預(yù)測(cè)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為0.36 m3/min，相對(duì)涌出量為0.2 m3/t；工作面實(shí)測(cè)瓦斯?jié)舛葹?.02%。礦井瓦斯等級(jí)為低瓦斯礦井。工作面采用U 型通風(fēng)方式，9107 運(yùn)輸順槽為進(jìn)風(fēng)巷，9107 回風(fēng)順槽為回風(fēng)巷，工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量為477 m3/min，實(shí)測(cè)風(fēng)量為489 m3/min。

2 前期工作面除塵現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

2.1 回采前期除塵現(xiàn)狀

9107 工作面回采前期主要采用噴霧灑水進(jìn)行除塵，噴霧灑水除塵裝置主要由高壓噴頭、高壓膠管、閥門(mén)等部分組成；將高壓膠管與巷道內(nèi)靜壓水管連接，靜壓水通過(guò)高壓噴頭噴出時(shí)被霧化，從而對(duì)噴霧空間粉塵進(jìn)行吸附，達(dá)到降塵的目的。

工作面回采前期分別在機(jī)道、 轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭以及采煤機(jī)截割部分別安裝噴霧灑水裝置進(jìn)行降塵。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作面回采前期噴霧灑水后全塵濃度高達(dá)141 mg/m3，呼吸性粉塵濃度達(dá)到174 mg/m3。

2.2 噴霧灑水除塵主要存在的問(wèn)題

（1）自動(dòng)化水平低：原使用的噴霧灑水裝置在開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)主要采用人工完成，而且該裝置無(wú)法移動(dòng)，每班需安排專(zhuān)人進(jìn)行管控，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大[8]。

（2）設(shè)備故障率高：由于井下粉塵濃度高，噴霧灑水裝置進(jìn)行降塵時(shí)噴頭很容易造成堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致灑水裝置故障率高，增加了設(shè)備維修、成本費(fèi)用。

（3）降塵效果差：噴霧灑水裝置主要通過(guò)霧化后的水霧顆粒對(duì)粉塵進(jìn)行吸附沉降作用，而水霧顆粒黏著性差，且水霧顆粒受風(fēng)速影響大，導(dǎo)致水霧顆粒吸附粉塵效果差，達(dá)不到預(yù)期降塵效果。

（4）工作面標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量差：采用噴霧灑水裝置降塵時(shí)，工作面存在大量積水，導(dǎo)致工作面內(nèi)積水量大，降低了工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平；同時(shí)噴霧灑水時(shí)降低了工作面機(jī)電設(shè)備防爆性能，導(dǎo)致設(shè)備故障率高。

（5）靜壓水損失嚴(yán)重：噴霧水源主要來(lái)自工作面靜壓水，而9107 工作面前期回采過(guò)程中工作面內(nèi)共計(jì)安裝7 套噴霧灑水裝置，每套裝置灑水量為0.5 m3/h，按每天生產(chǎn)時(shí)間為16 h計(jì)算，每天靜壓水損失量達(dá)56 m3/h，靜壓水損失量大，影響其他采掘工作面正常施工。

3 泡沫除塵技術(shù)

3.1 泡沫除塵技術(shù)原理

泡沫除塵技術(shù)主要利用專(zhuān)用泡沫裝置將高濃度泡沫顆粒噴灑到粉塵擴(kuò)散空間內(nèi)，利用泡沫顆粒體積大、吸附能力強(qiáng)，增加粉塵顆粒與泡沫之間碰撞機(jī)率，以及吸塵效果，從而達(dá)到大顆粒沉降的作用[9]，有效控制粉塵擴(kuò)散范圍[10]，與傳統(tǒng)水霧顆粒相比，泡沫顆粒具有質(zhì)量輕、體積大且對(duì)粉塵濕潤(rùn)效果好等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。

3.2 泡沫除塵系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）除塵效率高：采煤機(jī)采用內(nèi)外噴霧除塵時(shí)，噴嘴很容易被煤泥堵塞，需定期拆卸維修，而且在風(fēng)速作用下會(huì)濕透作業(yè)人員衣服；而采用泡沫除塵時(shí)，設(shè)備與落煤點(diǎn)距離在5 m 左右，設(shè)備損壞率低且泡沫含水量低，對(duì)電氣設(shè)備影響小。

（2）除塵效果好：采煤機(jī)內(nèi)外噴霧水霧顆粒體積小，且吸附力弱，對(duì)粉塵顆粒主要通過(guò)橋連吸附作用進(jìn)行降塵，降塵效果差；而泡沫除塵時(shí)泡沫顆粒體積大，通過(guò)對(duì)粉塵顆粒進(jìn)行包裹、吸附作用進(jìn)行沉降作用，吸附力強(qiáng)，有效控制粉塵顆粒擴(kuò)散，降塵效果好。

（3）實(shí)用性強(qiáng)：工作面原來(lái)安裝的噴霧灑水裝置無(wú)法進(jìn)行移動(dòng)，降塵區(qū)域有限，而泡沫除塵裝置安裝在采煤機(jī)上，體積小便于移動(dòng)拆卸，可隨采煤機(jī)進(jìn)行移動(dòng)式降塵，有效解決了傳統(tǒng)降塵裝置移動(dòng)困難、降塵空間受限等技術(shù)難題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

（4）對(duì)環(huán)境污染?。翰捎脟婌F灑水裝置降塵時(shí)，工作面內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量污水，對(duì)采煤環(huán)境污染大；而泡沫除塵時(shí)采用的是環(huán)保泡沫抑塵專(zhuān)用液，泡沫降塵后能夠完全分解，不會(huì)對(duì)采掘作業(yè)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

3.3 泡沫除塵裝置

9107 工作面采用MG200/460-WD 型采煤機(jī)割煤，泡沫除塵裝置安裝在采煤機(jī)截割滾筒（2個(gè)）、轉(zhuǎn)載機(jī)卸煤點(diǎn)處，共計(jì)三套。 該裝置主要由泡沫生產(chǎn)系統(tǒng)、泡沫分配器以及旋轉(zhuǎn)搖臂、高壓噴頭等部分組成。 泡沫生產(chǎn)系統(tǒng)主要由給水裝置、進(jìn)氣裝置、進(jìn)料口、泡沫生產(chǎn)器、吹泡器、電控液閥等部分組成，如圖2 所示。

圖2 泡沫除塵裝置結(jié)構(gòu)

3.4 泡沫生產(chǎn)材料

泡沫生產(chǎn)材料化學(xué)性能決定泡沫降塵效果，9107 工作面采用的泡沫生產(chǎn)材料主要由發(fā)泡劑、潤(rùn)濕劑、穩(wěn)泡劑等組成。

（1）采用十二烷基二甲基氧化胺作為發(fā)泡劑，配比濃度為0.6%～0.9%；月桂酰胺丙基氧化胺作為潤(rùn)濕劑，配比濃度為0.4%～0.7%；穩(wěn)泡劑性主要為聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺三種配比為1:1.4:0.7 混合液。

（2）發(fā)泡劑與潤(rùn)濕劑合理配比不僅有效提高發(fā)泡效果，而且可延長(zhǎng)泡沫爆裂時(shí)間[6]；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，兩種材料配比在5:1.2～1.5 時(shí)發(fā)泡率高，且穩(wěn)泡時(shí)間在6 min 以上。

3.5 泡沫除塵工作原理

（1）9107 工作面回采期間在采煤機(jī)兩個(gè)滾筒上以及轉(zhuǎn)載機(jī)卸煤點(diǎn)處各安裝一套泡沫除塵裝置，利用聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、控制器與采煤機(jī)電控箱連接，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)開(kāi)啟后自動(dòng)除塵的目的。

（2）采煤機(jī)割煤時(shí)通過(guò)控制器聯(lián)鎖控制作用及時(shí)對(duì)泡沫除塵裝置中電控液閥供電，電控液閥供電后及時(shí)打開(kāi)閥門(mén)對(duì)生產(chǎn)器內(nèi)供水，生產(chǎn)器內(nèi)添加劑（包括發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、催化劑）在高壓水流作用下產(chǎn)生高濃度泡沫。

（3）高濃度泡沫由高壓風(fēng)流吹出，并通過(guò)分配器將泡沫分配至每一個(gè)高壓噴頭噴出，從而達(dá)到降塵目的；當(dāng)采煤機(jī)停止割煤時(shí)，通過(guò)控制器聯(lián)鎖控制作用切斷除塵系統(tǒng)中電控液閥電源，除塵系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3 應(yīng)用效果及分析

經(jīng)過(guò)三個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，工作面落煤點(diǎn)、卸煤點(diǎn)以及機(jī)道平均全塵濃度降低至33 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度降低至52 mg/m3以下，具體對(duì)比分析結(jié)果如表1 所示。

表1 不同防塵技術(shù)下工作面全塵及呼吸性粉塵濃度測(cè)試值

4 結(jié)論

1）泡沫除塵技術(shù)有效提高了工作面除塵自動(dòng)化水平，可對(duì)塵源3～5 m 范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散除塵，避免了噴霧灑水裝置與塵源距離近，導(dǎo)致除塵裝置堵塞、損壞嚴(yán)重現(xiàn)象。

2）泡沫除塵技術(shù)利用泡沫吸附包裹粉塵的方式降塵，對(duì)粉塵吸附能力強(qiáng)，泡沫除塵效果好，而且有效解決了噴霧灑水時(shí)工作面靜壓水損失嚴(yán)重、 工作面污水積水大、 標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量差等技術(shù)難題，滿(mǎn)足采掘工作面高效除塵需求。