綜采工作面綜合防塵技術應用分析

屈會軍

（晉能控股集團朔州煤電王坪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300）

1 工作面概況

晉能控股集團朔州煤電王坪煤業(yè)有限公司303 盤區(qū)8307 工作面位于王坪井田東北部，該工作面北部為小峪煤礦417 大巷，南部為設計采掘的8305 工作面，西部為簸箕掌礦界，東部為303盤區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風巷。

8307 工作面采用長壁綜放回采工藝，截止2020年11月3日工作面已回采450 m；工作面走向長度為1 895 m，傾向長度為200 m，回采煤層為3#煤層，煤層變化不大，煤質疏松，平均煤厚6 m，煤層傾角為3°，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 8307 工作面3#煤層頂?shù)装鍘r性

工作面采取兩巷布置，沿3#煤層底板掘進。兩巷均為矩形斷面，2307 巷長度為2 038 m，5307巷長度為1 975 m。運輸順槽（2307 巷）為機軌合一巷，用于煤炭運輸、進風及布置設備列車，沿3#煤層底板掘進，斷面規(guī)格：寬×高=5.3 m×3.6 m；軌道順槽（5307 巷）用于設備運輸、回風及行人，沿3#煤層底板掘進，斷面規(guī)格：寬×高=4.2 m×3.6 m。

2 回采前期防塵分析

2.1 防塵措施

（1）工作面回采前期采用噴霧灑水進行降塵，即采用采煤機內外噴霧裝置進行降塵，內噴霧壓力為2.0 MPa，外噴霧裝置安裝在滾筒截割部上，采用環(huán)形噴霧方式，噴霧壓力為1.2 MPa，單位時間灑水量為0.65 m3/h。

（2）采用直管式噴霧灑水裝置進行降塵，該裝置主要由噴霧鋼管、高壓噴頭等部分組成，鋼管長度4.2 m，鋼管上均勻布置8～10 個高壓噴頭，利用巷道自然水壓作用，將水流通過高壓噴頭霧化進行降塵，巷道每隔100 m 安裝一道灑水裝置，單位灑水量為0.34 m3/h。

（3）2307 巷安裝一部DTL 型帶式輸送機，輸送機機頭與盤區(qū)帶式輸送機搭接，為了控制機頭處粉塵濃度，在距卸載滾筒前方0.5 m 處安裝一道水幕進行降塵處理。

2.2 粉塵現(xiàn)狀

工作面前期回采過程中采用噴霧除塵后，通過現(xiàn)場粉塵濃度檢測發(fā)現(xiàn)，工作面落煤點平均粉塵濃度達87 mg/m3，機道處平均粉塵濃度達69 mg/m3，工作面內能見度不足6 m；運輸順槽帶式運輸過程中巷道內平均粉塵濃度達54 mg/m3，輸送機機頭卸煤點平均粉塵濃度為57 mg/m3，噴霧灑水降塵效果差，無法滿足工作面安全高效回采要求。

2.3 存在的問題

噴霧灑水裝置在實際應用中還存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）標準化質量差。 采用噴霧灑水時由于灑水量大，導致工作面、回采巷道內積水量大，降低了工作面標準化質量[1]，同時由于工作面及巷道內安裝的機電數(shù)量多，采用噴霧灑水時對設備損壞嚴重，不利于機電設備安全管理。

（2）靜壓水損失嚴重。 工作面每天回采時間為16 h，回采過程中噴霧裝置全部處于打開狀態(tài)，工作面灑水量大，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，工作面每天噴霧灑水量達80 m3，造成工作面內靜壓水損失量大，水壓降低，影響盤區(qū)其他采掘工作面正常生產(chǎn)。

（3）降塵效果差。 噴霧灑水裝置主要利用霧化的水霧顆粒對粉塵進行吸附，從而達到降塵目的，但是水霧顆粒粒徑為20 μm 左右，粉塵顆粒粒徑為50 μm 左右，水霧顆粒與粉塵顆粒吸附比為5:1時才能達到降塵效果，而水霧顆粒吸附效果差[2]，對粉塵顆粒捕捉效果差；同時由于水霧顆粒質量小，工作面內風速大，受高速風流影響水霧顆粒分散嚴重，達不到預期降塵效果。

3 綜合防塵技術

為了有效提高工作面防塵效果，降低工作面粉塵濃度，決定以泡沫抑塵、水幕捕塵以及封閉降塵等為技術手段，進行綜合防塵。

3.1 泡沫抑塵

（1）泡沫除塵原理：通過對泡沫產(chǎn)生器內添加添加劑、泡沫生成劑，在水壓作用下產(chǎn)生高濃度泡沫，并通過高壓噴頭噴出，從而產(chǎn)生直徑在5～20 mm范圍的泡沫，因泡沫體積大、質量輕而且吸附效果高，能夠快速對揚塵進行吸附作用[3]，對揚塵吸附比達1:20～40，泡沫吸附過程中可將粉塵進行潤濕作用，當吸附粉塵顆粒質量大于泡沫自身重量時，泡沫破裂從而達到降塵目的。

（2）泡沫除塵裝置結構：工作面安裝的泡沫除塵裝置主要由粉塵濃度傳感器、PLC 控制器、聯(lián)鎖開關、泡沫分配器、電控液閥、泡沫生成器以及螺旋噴頭等部分組成，如圖1 所示。 泡沫除塵裝置安裝液壓支架頂梁下方，每隔50 m 安裝一套除塵裝置。

圖1 泡沫抑塵裝置結構

（3）裝置工作原理：泡沫除塵裝置中聯(lián)鎖開關與采煤機電控箱聯(lián)鎖控制，當采煤機運轉割煤時通過聯(lián)鎖控制作用，裝置中聯(lián)鎖開關及時對電控液閥通電，電控液閥通電開啟后除塵水管內靜壓水進入泡沫生成器內，并在風壓作用下產(chǎn)生高濃度泡沫，泡沫通過旋轉噴頭噴出進行吸塵、降塵作用。

3.2 水幕捕塵

（1）水幕捕塵裝置結構：為了減少運輸順槽內靜壓水排放量，對原巷道內噴霧灑水裝置進行優(yōu)化改進，采用水幕捕塵裝置。 該裝置主要由高壓灑水裝置、捕塵簾、PLC 控制柜、聯(lián)鎖開關、水泵、水槽、過濾裝置等部分組成[4]，如圖2 所示。

圖2 水幕捕塵裝置結構

（2）工作原理：當輸送機運轉時通過聯(lián)鎖開關、PLC 控制柜集中控制作用，對水槽內水泵通電，水泵通電后及時將水槽內清水通過高壓水管進水灑水裝置內，水流在水壓作用下通過高壓噴頭噴出，噴出的水霧在捕塵簾的作用下形成水幕，從而對巷道內揚塵隔絕并降塵；降塵后的污水通過過濾裝置過濾后再次流入水槽內，實現(xiàn)二次利用。

3.3 全封閉降塵

（1）全封閉降塵裝置結構：為了實現(xiàn)輸送機機頭卸載過程中全封閉防塵的目的，對原2307 巷帶輸送機機頭防塵裝置進行優(yōu)化，安裝了一套全封閉自動防塵裝置。 該裝置主要由全封閉外殼、噴霧灑水裝置、受料平臺、檢修平臺、大塊物料篩選裝置、激光裝置等部分組成，如圖3 所示。

圖3 全封閉降塵裝置結構

（2）降塵原理：當帶式輸送機運轉運輸煤流時，全封閉裝置內灑水裝置打開進行噴霧降塵，煤流進入全封閉裝置后通過收料平臺撞擊作用達到減速的目的，煤流通過大塊物料篩選裝置進入下水平輸送機上；當煤流中存在大塊煤矸且堆積在物料篩選裝置上方時，通過激光裝置檢測后及時閉鎖輸送機電機，操作人員通過檢修門進入內部處理[5]。

4 應用分析

2021年5月，8307 工作面已回采結束。 根據(jù)工作面回采前期防塵現(xiàn)狀及主要存在問題，對8307 工作面采取綜合防塵措施后，工作面在后期回采過程中工作面、 運輸順槽以及卸載點粉塵濃度得到了有效控制。

現(xiàn)場監(jiān)測表明，采取綜合防塵措施后，回采期間工作面內平均呼吸性粉塵濃度為13 mg/m3，能見度提高至45 m，運輸順槽內平均粉塵濃度為11 mg/m3，輸送機機頭卸載點平均粉塵濃度為17 mg/m3，大大提高了巷道質量標準化水平，減少了工作面靜壓水損失量，取得了顯著應用成效。

5 結論

1）采用泡沫復合抑塵技術后，避免了傳統(tǒng)噴霧降塵時，積水量大、降塵效果差、降塵空間有限等技術難題，泡沫除塵技術采用包裹吸附的方式進行降塵，與水霧顆粒橋連方式降塵相比，泡沫吸塵量大、沉降效果好，而且沉積后泡沫可分解，避免降塵污染。

2）運輸順槽采用了水幕捕塵裝置后，實現(xiàn)了全斷面水幕阻塵、捕塵的目的，該捕塵裝置不受巷道內風流影響，且防塵期間對巷道內機電設備影響小，具有很好的隔絕粉塵效果。

3）帶式輸送機機頭處通過安裝全封閉防塵裝置后，有效防止了煤流卸載時產(chǎn)生的揚塵擴散現(xiàn)象，改善了作業(yè)環(huán)境，防止了卸載點粉塵隨風流進入工作面，具有很好的降塵、防塵效果。