三交河礦回采工作面高效抑塵技術應用研究

原志強

（霍州煤電集團三交河煤礦，山西 洪洞 041600）

1 引 言

綜采一次采全高開采法具有產量大、效率高等明顯優點而被廣泛采用。然而，隨著采高的增大，產塵量也隨之增大。據統計，綜采工作面在不采用防塵措施的情況下，粉塵濃度可達到2000～3000mg/m3，采煤機割煤時甚至可達10000mg/m3，給本就惡劣的井下工作環境帶來更大破壞。傳統除塵設備無法消除快速、高密度涌出的大量煤塵，粉塵問題成為影響綜采工作面安全生產的極大隱患，威脅著礦井安全和工人的身體健康。

三交河礦回采工作面回采期間煤塵濃度大，在防塵設備開啟狀態下粉塵濃度可達近500mg/m3，現有液壓支架噴霧技術未在人行道處布置除塵設備，成為降塵的盲區。而灑水降塵因液體水的表面張力大，難以造成疏水煤塵溶解、沉降，使得工作面的粉塵濃度一直居高不下，對現場工人的身心健康造成了嚴重危害。通過現場實測來確定塵源的分布、運移規律，建立起三交河煤礦采煤工作面高效抑塵技術及裝備體系，有效降低采煤工作面的粉塵濃度，以保障煤礦的安全高效生產及工人的身心健康，具有重要的現實意義。

2 粉塵來源測定分析

根據經驗，綜采工作面的粉塵來源主要產生在割煤、移架、轉載、破煤等環節。其中，割煤是粉塵最大來源，且隨著采煤機滾筒的移動，粉塵產出點也在不斷移動；移架過程中，破碎的頂煤隨支架前移而下落，粉塵量大，很難控制；割煤過程中也會產生大量粉塵，且隨風流向工作面轉移；轉載處揚塵較大，隨工作面進風流進入工作面，此處粉塵集中，可實現集中降塵控制；破碎機破煤時會產生大量揚塵。因此，粉塵來源采樣需滿足以下條件：

（1）因工作面回風影響，采樣應在粉塵來源點的下風側粉塵均勻的地方進行粉塵濃度測定；

（2）考慮到工作面各操作工人作業地相對固定，應在相對固定的操作點或停留處進行粉塵濃度采樣；

（3）粉塵濃度測定采用多次檢測取平均值的方法進行，每個測點測定3次以上，取平均值作為該點的粉塵濃度值，以確保粉塵濃度測定數據的科學可靠。

根據以上原則，結合國家標準(GB5748-85、MT79-84)確定三交河煤礦試驗工作面的粉塵采樣點布置如圖1所示。

圖1 三交河煤礦采煤工作面測塵點布置示意圖

如圖2，根據測定結果顯示，割煤、落煤、移架為產塵主要來源，采煤機落煤處粉塵濃度達到436.6mg/m3，粉塵濃度仍遠遠高于《煤礦安全規程》和國家勞動衛生標準規定的限度，針對割煤、落煤、移架三道工序作降塵控制是綜采工作面除塵的關鍵。

圖2 綜采工作面重點產塵部位粉塵濃度分布圖

3 綜合防塵技術研究應用

3.1 工程概況

三交河煤礦2-508綜采工作面主采2#煤層，煤厚3.8～5.2m，煤層傾角2°～8°，工作面長度250m，配風2m/s。采用一次采全高綜合機械化采煤法，全部垮落法控制頂板。作業方式采用臨架操作、整體順序移架的方式進行追機作業，采用采煤機落煤、裝煤，可彎曲刮板輸送機運煤。2-508工作面原主要防塵措施為回風巷安設兩道回風流凈化水幕，工作面采煤機安裝內、外噴霧，液壓支架架間噴霧，工作面各個轉載運輸點噴霧等等。

3.2 防塵技術運用

當前主要采用的煤層防塵技術有煤層注水、噴霧降塵、除塵器（設備）降塵技術、物理化學防塵（物理防塵是通過磁化清水提高其對全塵和呼吸性粉塵的降塵率；化學防塵是煤層注水和噴霧降塵的輔助，即采用化學制劑改善水對煤及煤塵的潤濕性，提升注水、噴霧降塵效果）等。

（1）煤層注水。在2-508工作面運輸巷和回風巷每隔30m布置一個鉆場，向煤層深部打密集長鉆孔，封孔后利用高壓泵向煤體內靜壓注水，直至工作面超前支護到達時拆除設備，充分增加煤體含水率。

（2）高壓霧化噴嘴改良。采用Winner312工業噴霧激光粒度分析儀測定霧化水的粒徑分布情況，由計算機對測得的數據信號進行分析并得到霧場的粒徑分布情況，根據分布情況進行現場調整優化，提高降塵效果。

（3）采煤機及支架噴霧除塵裝置。工作面風流因采煤機前滾筒的高速旋轉及逆風噴霧，采煤機前端形成渦流，為解決以上問題，采用WGSCW-1型、WGSCW-2型兩種新型外噴霧除塵裝置，結合現場情況任意調節水幕扇角，使水幕理想地覆蓋在采煤機截割部，同時具有一定的負壓二次除塵功能。

（4）物理化學防塵。將RTM磁化器串聯于噴霧水主管道中，磁化噴霧水，增大粉塵吸附能力。在噴霧水路中設置濕潤劑混合管道，增大噴霧水對粉塵的濕潤效果，提升降塵效果。工作原理如圖3所示。

3.3 防塵治理效果考察

經過以上降塵措施，2-508工作面粉塵濃度有了明顯降低，數據對比如圖4所示，從圖中可以看出，粉塵濃度降低幅度達到20%～70%，工作面的粉塵濃度得到顯著降低，為井下工作人員創造了更為健康的工作環境。

圖3 理化抑塵試劑添加裝置工作示意圖

圖4 工作面綜合防塵優化前后粉塵濃度對比

4 結語

（1）割煤、移架為產塵主要來源，針對割煤、落煤、移架三道工序布置降塵設備是綜采工作面除塵的關鍵。

（2）多種防塵技術在綜采工作面的綜合運用取得了明顯效果，關鍵位置的粉塵濃度下降了20%～70%，極大地減小了粉塵隱患。

（3）高壓霧化噴嘴改良、采煤機及支架噴霧除塵裝置使用后，高壓水霧覆蓋整個滾筒和采煤機前后機道，防止了粉塵擴散，降塵效果明顯。