綜采工作面綜合降塵技術(shù)研究

任 凱

（山西焦煤集團(tuán)介休正益煤業(yè)有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采掘、鉆進(jìn)、運(yùn)輸以及通風(fēng)等環(huán)節(jié)均會(huì)導(dǎo)致粉塵，工作人員長(zhǎng)時(shí)間在高濃度粉塵環(huán)境下個(gè)容易產(chǎn)生矽肺病，嚴(yán)重影響人員身體健康，同時(shí)高濃度粉塵會(huì)增加井下機(jī)電設(shè)備磨損程度、降低使用壽命[1-2]。煤礦井下現(xiàn)階段使用的降塵技術(shù)主要為：噴霧降塵（采面、巷道及采掘設(shè)備等處）、煤層注水（脈沖、高壓等）、除塵風(fēng)機(jī)、濕式鉆孔、凈化水幕等等[3-5]。隨著井下大功率、重載設(shè)備應(yīng)用推廣，采掘作業(yè)面生產(chǎn)效率及煤炭產(chǎn)量等均不斷增加，井下生產(chǎn)過(guò)程中粉塵產(chǎn)生量也不斷增大。雖然井下使用的采掘設(shè)備均隨機(jī)配備有噴霧降塵裝置，但是受?chē)婌F壓力、噴嘴（管路）堵塞等多因素影響，噴霧降塵效果不佳；同時(shí)大流量噴霧降塵容易導(dǎo)致煤層底板積水，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致底鼓等問(wèn)題[6-7]。以山西某礦3506 綜采工作面回采為工程背景，針對(duì)采面回采期間粉塵產(chǎn)生特點(diǎn)，針對(duì)性進(jìn)行粉塵治理，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐后有效降低了采面回采期間粉塵濃度，為煤炭安全高效回采創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

3506 綜采工作面開(kāi)采5#煤層，設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度2 050 m、采面斜長(zhǎng)220 m，回采區(qū)域內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。5#煤層為礦井主采煤層之一，具有賦存穩(wěn)定、硫分及灰分含量低、開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，煤層厚度均值4.5 m、傾角5°～9°，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖以及石灰?guī)r等為主。采面開(kāi)采范圍內(nèi)5#煤層原始瓦斯含量在7.9～9.3 m3/t、瓦斯壓力在0.72～0.83 MPa，煤層硬度（f 值）為0.57～1.3，原始含水率為0.63%。3506 綜采工作面回采使用的主要開(kāi)采設(shè)備包括有MG750/1915-GWD 采煤機(jī)、ZY9000-27/60D液壓支架、SZZ-1000/400 轉(zhuǎn)載機(jī)以及PLM-3000 破碎機(jī)等，采面采用U 型通風(fēng)方式（一進(jìn)一回），設(shè)計(jì)推進(jìn)速度為4.8 m/d。

由于3506 綜采工作面回采的5#煤層自身含水率較低，且煤層具備有滲透性差、難浸潤(rùn)特點(diǎn)，本煤層鉆孔瓦斯抽采后會(huì)進(jìn)一步降低煤層含水率，導(dǎo)致采面回采期間粉塵產(chǎn)生量較高?，F(xiàn)階段3506 綜采工作面主要用過(guò)噴霧方式降塵，使用型號(hào)BPW315/16 柱塞泵為采煤機(jī)及采面噴霧設(shè)備提供高壓噴霧用水，正?；夭蓵r(shí)采煤機(jī)截割滾筒外側(cè)噴霧噴頭供水水壓控制在2～5 MPa，未布置液壓支架降柱移架專(zhuān)用除塵設(shè)備，在回采巷道與采面相距30 m 位置布置2 道手動(dòng)控制防塵噴霧系統(tǒng)。采面回采期間粉塵濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1 所示。從表1 看出，采面各位置粉塵濃度較高，同時(shí)采煤機(jī)割煤、支架移架以及轉(zhuǎn)載運(yùn)輸?shù)仁遣擅婊夭善陂g主要產(chǎn)塵源，應(yīng)針對(duì)性進(jìn)行降塵。

表1 采面正?；夭善陂g粉塵濃度測(cè)定結(jié)果

2 采面綜合降塵技術(shù)應(yīng)用

2.1 煤層超前注水

通過(guò)超前注水增加煤體含水率率，可從根本上降低煤炭回采期間粉塵產(chǎn)生量。采面回采的5#煤層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，一般不夾矸，結(jié)合以往煤層注水經(jīng)驗(yàn)，在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)順槽內(nèi)均布置注水鉆孔對(duì)煤層進(jìn)行注水。具體注水方案為：注水孔以原有的瓦斯抽采孔為主，若瓦斯抽采孔塌孔嚴(yán)重或者無(wú)法使用時(shí)，則在鉆孔旁新鉆進(jìn)鉆孔；注水鉆孔孔深均為110m m、孔徑75 mm、間隔6 m，開(kāi)孔均在底板上方1 600 mm；用膨脹式封孔器封孔，注水壓力為4～6 MPa。注水完成后應(yīng)確保煤層含水率增加超過(guò)1.5%。

2.2 塵源跟蹤噴霧

3506 工作面MG750/1915-GWD 采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)，受?chē)婌F水質(zhì)差、噴霧壓力低等影響除塵效果不佳；同時(shí)采煤機(jī)移動(dòng)割煤時(shí)產(chǎn)塵點(diǎn)會(huì)不斷移動(dòng)。為提高粉塵治理針對(duì)性，構(gòu)建塵源跟蹤降塵系統(tǒng)，具體實(shí)時(shí)跟蹤采煤機(jī)位置進(jìn)行針對(duì)性噴霧降塵，具體塵源跟蹤噴霧系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 塵源跟蹤噴霧系統(tǒng)架構(gòu)

塵源跟蹤噴霧主要組成單元為主控制箱、光源發(fā)射傳感器、分控制器、光控接收傳感器及電動(dòng)球閥等。運(yùn)行原理為：沿著采煤機(jī)割煤方向布置多個(gè)噴霧裝置，通過(guò)光源發(fā)射傳感器、光控接收傳感器確定采煤機(jī)具體位置；將采煤機(jī)位置及處理信息通過(guò)通信線(xiàn)纜傳輸至主控制箱，主控制箱處理后向控制1#分控制器周邊的2 個(gè)控制器聯(lián)動(dòng)噴霧，以便采煤機(jī)產(chǎn)塵點(diǎn)全覆蓋噴霧降塵；采煤機(jī)推進(jìn)至X#噴霧點(diǎn)時(shí)按照上述方式進(jìn)行噴霧塵源跟蹤噴霧系統(tǒng)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)噴霧裝置數(shù)量，以便實(shí)現(xiàn)高效噴霧降塵并節(jié)省噴霧降塵用水量。

2.3 液壓支架移架?chē)婌F降塵

采用移架?chē)婌F降塵系統(tǒng)降低液壓支架移加期間粉塵產(chǎn)生量，噴霧系統(tǒng)主要由噴霧控制器、噴頭、高壓供水管路等組成，具體如圖2 所示。當(dāng)降柱移架時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)始噴霧降塵，移動(dòng)完成并升起支架后自動(dòng)停止噴霧。噴霧壓力在4～8 MPa 范圍內(nèi)可調(diào)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整噴霧壓力，提高噴霧效果。

圖2 移架?chē)婌F降塵示意圖

2.4 回風(fēng)巷自動(dòng)噴霧降塵

為降低回風(fēng)巷內(nèi)粉塵濃度，在回風(fēng)巷內(nèi)布置控塵自動(dòng)噴霧降塵裝置，具體布置如圖3 所示?？貕m自動(dòng)噴霧降塵裝置組成包括有粉塵濃度傳感器、熱釋光控傳感器、本安型控制箱、防爆電磁閥、通信電纜等構(gòu)成。當(dāng)粉塵傳感器檢測(cè)的粉塵濃度超過(guò)預(yù)先設(shè)置值時(shí)，控制器控制電磁閥電源，通過(guò)電磁閥控制噴霧開(kāi)啟或者關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧；同時(shí)在噴霧過(guò)程中若熱釋光控傳感器檢測(cè)到有人員通過(guò)時(shí)則暫時(shí)停止噴霧，實(shí)現(xiàn)采面回風(fēng)巷自動(dòng)噴霧。

2.5 轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)噴霧

在采面PLM-3000 破碎機(jī)上安裝防塵罩并在防塵罩內(nèi)布置噴嘴等進(jìn)行噴霧降塵，防塵罩可抑制轉(zhuǎn)載機(jī)工作過(guò)程中粉塵外溢量，通過(guò)噴霧可減少粉塵產(chǎn)生量。在SZZ-1000/400 轉(zhuǎn)載機(jī)上方布置3～5 個(gè)霧化噴嘴，噴嘴噴霧可覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)載過(guò)程，減少轉(zhuǎn)載過(guò)程中粉塵外溢量。

3 綜合降塵效果分析

在3506 綜采工作面按照上文所述布置使用了綜合降塵技術(shù)措施。采用CCGC-1000 測(cè)塵儀監(jiān)測(cè)粉塵濃度，并基于表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析粉塵治理效果，具體如表2 所示。

表2 粉塵濃度及降塵效果

通過(guò)表2 可以看出，綜合降塵技術(shù)在3506 綜采工作面效果顯著，如逆風(fēng)割煤時(shí)采煤機(jī)司機(jī)位置全塵、呼吸性質(zhì)量濃度分別降至147.3、53.8 mg/m3，順風(fēng)割煤時(shí)采煤機(jī)司機(jī)位置全塵、呼吸性質(zhì)量濃度分別降至92.5、41.6 mg/m3；采面各位置呼吸性粉塵及全塵降幅分別在79.0%～83.1%、82.8%～85.9%間。使用綜合降塵技術(shù)后，3506 綜采工作面各位置粉塵濃度均明顯降低，有效改善了采面現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境質(zhì)量。

4 總結(jié)

以3506 綜采工作面回采為工程背景，針對(duì)采面回采的煤層含水率低、產(chǎn)塵量大以及原有噴霧除塵效果不佳等問(wèn)題，基于源頭治理、過(guò)程管控粉塵治理思路提出綜合降塵技術(shù)措施，具體通過(guò)煤層超前注水，確保煤層含水率增幅在1.5%以上，從根本上降低煤炭回采期間產(chǎn)生量；通過(guò)采用塵源跟蹤噴霧、液壓支架移架?chē)婌F以及回風(fēng)巷自動(dòng)噴霧等噴霧系統(tǒng)，有效減低采煤機(jī)割煤、液壓支架移架等環(huán)節(jié)粉塵外溢量，并降低回風(fēng)流粉塵濃度；在破碎機(jī)上增設(shè)防塵罩并噴霧，在轉(zhuǎn)載機(jī)上方布置3～5 個(gè)噴嘴實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)全覆蓋噴霧，可抑制破碎機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)工作期間粉塵外溢量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，有效降低了3506 綜采工作面各位置粉塵濃度，取得較為顯著粉塵治理效果。