陳蠻莊煤礦主采煤層綜合防塵實踐

常曉偉　石　勇

(山東能源肥城礦業集團單縣能源有限公司)

?

陳蠻莊煤礦主采煤層綜合防塵實踐

常曉偉石勇

(山東能源肥城礦業集團單縣能源有限公司)

摘要為有效解決陳蠻莊礦粉塵危害問題，通過分析粉塵的物化性質和產塵機理，總結和改進現有防塵技術，推廣二次負壓除塵應用，創新噴霧走廊的布置方式,采用煤層注水、架間噴霧、采煤機組噴霧、轉載點噴霧及回風巷全斷面噴霧等綜合防塵措施，使綜采工作面作業環境得到了明顯改善，為煤礦安全高效開采提供技術保障。

關鍵詞粉塵濃度綜合防塵清潔生產

隨著近年來綜采工作面機械化程度的提高，綜采工作面煤塵危害對井下作業人員的生命安全和礦井的安全生產造成的威脅愈加嚴重[1]。陳蠻莊煤礦主采煤層(3層)主焦煤具有低中灰、中等揮發分、強粘結性、易泥化等特點，生產過程中粉塵危害嚴重，尤其是綜采工作面的粉塵濃度嚴重超標，為實現有效降塵，改善作業環境，必須采取綜合防塵措施，即以煤層注水抑塵為主，液壓支架、采煤機、轉載點水霧強力降塵以及回風巷全斷面噴霧走廊捕塵為輔，達到預期目的。

1煤層注水

在工作面回采前進行煤體預注水，根據煤層的厚度、滲透特性、工作面長度及巷道布置等，注水孔分為單向、雙向及扇形鉆孔布置方式[2]。陳蠻莊煤礦煤層滲透性較差，煤層平均厚3.5 m，工作面傾斜長180 m、走向長1 800 m，煤層注水孔適合采用雙向鉆孔布置。

注水方式主要分靜壓注水和動壓注水2種。在靜壓注水中，注水流量隨鉆孔中注水阻力的變化而變化，是一不確定值;在動壓注水中，若泵的流量和同時注水孔數確定后，單孔注水流量就是一確定值。根據國內外經驗，若注水時間允許，采用長時間小流量注水對煤層濕潤效果較理想[2]。

陳蠻莊礦煤層可注水性較差，用常規注水方法難以達到理想效果。為此，采用“鉆、擴、壓一體化技術”解決注水問題，注水孔布置見圖1。

首先在順槽煤幫中部依次按3 m間距鉆注水深孔a，孔徑為50 mm，孔深90～100 m，達到工作面長度的2/3以上；然后再均勻鉆擴壓裂孔b，孔徑為110 mm，孔深60 m。鉆孔完成后，用水泥漿對a孔進行深孔封閉，長度不小于8 m，b孔封孔長3 m以上；然后從a孔注水，水壓在8Mpa左右，注水過程中鉆孔內水壓逐步增高，當達到最高值時，由于陳蠻莊礦煤質極為松脆，圖1陰影區域就會破碎，使水與煤較充分親和，從而實現注水要求。

圖1　煤層注水孔施工布置

該注水方式顯著提高注水效果，煤層含水量由原來的2.1%提高到5.3%,,從而達到了源頭控制煤塵的效果。

2液壓支架間除塵

采用ZJC-2型自動架間除塵器(圖2)。該裝置具有4大特點：一是因為水源壓力達到7 MPa以上，除塵器噴射的霧柱能形成一定的有效水幕，水幕形成強大壓力的“水幕墻”，阻擋上風相鄰支架動作時產生的粉塵，從而將降架或移架時產生的煤塵分隔在一定的區域內[3]；二是所噴水霧霧化顆粒較為理想，噴頭采用螺旋通道方式，高壓水在噴頭內部形成短暫旋流，亦可增大噴出壓力和霧化水平，增加與煤塵的接觸幾率，同時很好地與煤塵親和；三是有一負壓吸塵口，當高壓水從噴霧裝置中噴出時，噴霧桿就形成了一個負壓腔，隨著壓力的增大，負壓腔的負壓也會加大，使得裝置的吸塵罩能夠把空氣中的煤塵再次吸入噴霧內，二次滅塵，提高了滅塵效率[4]；四是與支架的液壓系統共用，上風口鄰架拉架、升降頂梁時，可實現自動噴霧。

圖2　液壓支架架間自動噴霧裝置示意

由于該裝置的水壓較大，霧化效果顯著提高，加之二次負壓技術在現場的應用，對降低煤塵濃度起到關鍵作用，經現場實測，液壓支架附近總粉塵濃度降低85%。

3采煤機除塵

采煤機是綜采工作面的核心設備，也是綜采工作面產塵量最大的設備。除采用一般采煤機內噴霧裝置外，還采用了GCMC-2型除塵器進行采煤機外噴霧滅塵，該機型同樣應用了負壓二次降塵技術，是目前國內最先進的一種(圖3)[5]。采煤工作面各工序平均產塵濃度統計見表1。

圖3　GCMC-2型負壓二次除塵器實體

生產工序測塵點位置平均粉塵濃度/(mg/m3)無措施全塵呼吸性粉塵綜合防塵后全塵呼吸性粉塵綜合降塵率/%采煤機割煤機組回風側10m處95.225.08.92.191移架作業支架回風側5m處78.020.86.71.891運煤作業膠帶回風側10m處56.317.74.51.392

由表1看出，在采取煤層注水、采煤機除塵和液壓支架除塵措施后，綜采工作面主要工序的粉塵濃度得到了有效控制，綜合降塵率達到91%以上。

4轉載點除塵

4.1轉載點封閉

綜采工作面裝煤和運煤過程都存在轉載點，轉載點落煤時會形成二次揚塵。首先對轉載點進行全封閉，確保了轉載點落煤時揚起的煤塵全部封閉在一定的空間內，從而改善作業環境的空氣質量。

4.2轉載點自動噴霧

結合陳蠻莊礦煤質易泥化的特點，避免出現皮帶“拉水煤”的情況，不能采用常開式噴霧。在封閉的轉載點內采用ZPC-127型觸控自動噴霧，該裝置實現與皮帶機聯動，避免了常開式噴霧水量過多的問題，同時有效控制煤塵濃度[6]。陳蠻莊礦在采用封閉式轉載點加自動噴霧的方式后，轉載點的降塵率高達90%以上。

5回風巷噴霧走廊除塵

5.1噴霧走廊的布置

膠帶順槽是采煤面的回風巷道，粉塵濃度大，為把粉塵濃度降到最小，創新性采用安設噴霧走廊的方式布置捕塵簾水幕，在膠帶順槽距切眼50 m處安設第一道可伸縮、可調節的全斷面捕塵簾噴霧，每隔5 m增設一道，共安裝3道，組成一組10 m長的噴霧走廊(圖4)。

圖4　可伸縮、可拆解全斷面噴霧走廊

5.2全斷面噴霧裝置設計

該噴霧裝置采用可拆卸、可伸縮設計，隨著采煤工作面推進，全斷面噴霧裝置可以移動，實現重復利用，安裝、維護、回撤方便，并可以節約材料成本。

噴霧桿采用鋁塑管材質，具有耐腐蝕、輕便、免維護等特點，可以根據需要剪裁長度、設置噴射角度、改變形狀。通過在井下安裝實踐，可靠性極高。

根據避免相鄰2個噴頭水幕交叉而需要的最小間距原則，設計噴頭間距為0.4 m。通過試驗發現3道噴霧的噴頭安裝角度分別與頂板成30°、45°、90°時效果最好。噴霧框架全部覆蓋φ1 mm的紗網，可以最大程度捕塵、降塵。

6結語

針對陳蠻莊礦煤質強粘結性、易泥化、可注水性差的特性，采取以“鉆、擴、壓一體化技術”煤層注水為主，結合負壓二次除塵、高壓噴霧、轉載點全封閉和回風巷噴霧走廊等綜合防塵措施，有效降低了綜采工作面的粉塵濃度，現場作業環境明顯改善，達到清潔生產的要求。這一系列措施可為同行業防塵工作帶來一些借鑒和參考。

參考文獻

[1]程為民，劉偉，聶文，等.煤礦采掘工作面粉塵防治技術及其發展趨勢[J]．山東科技大學學報，2010，29(4)：77-82．

[2]鄭光祖．礦塵防治技術[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2009．

[3]張延松;高壓噴霧及其在煤礦井下粉塵防治中的應用[J].重慶環境科學，1994(6):32-36.

[4]王利京，李五強，張學釗.采煤機負壓二次降塵裝置的實踐與應用[J].煤炭工程，2008(4)：48-49.

[5]錢尊興，李玉元.采煤機高壓噴霧及負壓二次降塵技術的試驗與應用[J].工業安全與環保，2001(10)：7-8.

[6]梁彤，綜采工作面噴霧除塵技術研究[D]．北京：北京科技大學，2003．

(收稿日期2015-12-14)

常曉偉(1987—)，男，助理工程師，274300 山東省單縣。