綜放工作面綜合防塵技術(shù)應(yīng)用探討

胡繼龍

（安徽省亳州煤業(yè)有限公司信湖煤礦，安徽 淮北 235000）

1 概況

我國(guó)有許多特大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井，其主采煤層很多是大于8 m的巨厚煤層，往往采用綜采放頂煤工藝進(jìn)行回采[1]。綜放回采高產(chǎn)高效、成本低，但是隨著采高和落煤高度的增加，也產(chǎn)生了大量煤塵，污染綜采作業(yè)環(huán)境，同時(shí)影響了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工人健康[2-3]。對(duì)產(chǎn)生的高濃度煤塵，目前傳統(tǒng)的除塵工藝已經(jīng)難以滿足安全生產(chǎn)需要，因此采用行之有效的綜合防塵除塵技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

楊莊煤礦10-422工作面為走向長(zhǎng)壁工作面，綜放工藝，全部垮落法管理頂板；主采煤層平均厚度8.1 m，埋深平均352 m，平均傾角6°；走向長(zhǎng)725 m，傾向長(zhǎng)202 m。該工作面在生產(chǎn)過(guò)程中粉塵濃度可超過(guò)500 mg/m3，對(duì)工作面作業(yè)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。采用三位一體綜合防塵措施后，大大降低了作業(yè)空間的粉塵濃度。

2 粉塵分析

2.1 測(cè)定方法

目前大多數(shù)煤礦主要采用重量法、分光鏡法、X射線衍射測(cè)定法、β射線粉塵監(jiān)測(cè)等粉塵監(jiān)測(cè)方法［4］。其中，應(yīng)用最為廣泛的是重量法，但其操作步驟繁瑣，而分光鏡法、X射線衍射測(cè)定法操作非常復(fù)雜，且對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境要求高，并不適用于井下多點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。β射線粉塵監(jiān)測(cè)利用測(cè)塵儀可直接讀出粉塵濃度，具有高精度、操作方便，不受待測(cè)粉塵自身參數(shù)影響等優(yōu)點(diǎn)，適合煤礦井下粉塵監(jiān)測(cè)。

2.2 來(lái)源分析

根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，綜放工作面粉塵主要來(lái)自破煤回采、放頂煤、移架和轉(zhuǎn)載等回采工序中[5]。其中，在破煤回采過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵量最大，且粉塵源會(huì)隨著采煤機(jī)的移動(dòng)而發(fā)生轉(zhuǎn)移； 在移架期間，頂板煤層破碎垮落產(chǎn)生大量粉塵，難以控制；放頂煤后溜運(yùn)煤期間也會(huì)連續(xù)產(chǎn)生粉塵，且由于放頂煤處風(fēng)量不足，產(chǎn)生高濃度粉塵，并隨著風(fēng)流轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)載機(jī)處落煤過(guò)程中產(chǎn)生較大揚(yáng)塵，但位置固定，適于集中進(jìn)行降塵。綜上所述，在整個(gè)綜放過(guò)程中粉塵來(lái)源較多，且多數(shù)難以集中控制，防塵降塵難度較大。

3 粉塵測(cè)定

通過(guò)對(duì)粉塵來(lái)源的分析，擬在進(jìn)風(fēng)口、轉(zhuǎn)載機(jī)前后側(cè)、采煤機(jī)前后側(cè)、放煤口及移架下風(fēng)側(cè)、回風(fēng)口和回風(fēng)巷降塵噴霧下風(fēng)側(cè)等處對(duì)粉塵濃度進(jìn)行檢測(cè)，見(jiàn)圖1。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果繪制了工作面粉塵濃度分布，見(jiàn)圖2。

圖1 粉塵監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

圖2 粉塵濃度分布

對(duì)粉塵濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，放煤回采和移架時(shí)產(chǎn)生粉塵較多，通過(guò)風(fēng)流的匯集，工作面回風(fēng)口處測(cè)得的粉塵濃度高達(dá)417.5 mg/m3，因此對(duì)破煤回采、放煤、移架工序進(jìn)行有效降塵是其除塵的關(guān)鍵所在。

4 “三位一體”防塵技術(shù)

針對(duì)工作面粉塵產(chǎn)生的特點(diǎn)，主要防塵降塵手段包括煤層注水、噴霧降塵、物理化學(xué)防塵等。

4.1 煤層注水

在工作面的上、下順槽施工注水鉆孔，封孔后將高壓水注入煤體中。水分會(huì)隨著煤層裂隙對(duì)周邊煤體進(jìn)行浸潤(rùn)，提高含水量。煤層注水工作要超前工作面一定距離進(jìn)行，注水間距可以通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)獲得。煤層注水后，提高了煤體濕度，在煤體受到破壞時(shí)可大大降低產(chǎn)塵率。

4.2 噴霧防塵

噴霧降塵是煤礦最普遍使用的降塵方案，布置形式簡(jiǎn)單，但有效半徑較小，且除塵效果與霧化效果關(guān)系密切，因此需要對(duì)其進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

4.3 物理化學(xué)除塵

物理防塵主要原理是磁化水降塵。水磁化后表面張力下降，可提高粉塵吸附性能，提高降塵效果。化學(xué)防塵主要采用添加化學(xué)制劑提高粉塵潤(rùn)濕性達(dá)到降塵目的。

5 工程實(shí)踐

5.1 煤層注水防塵

在工作面上、下順槽以20 m為間隔設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)，向工作面內(nèi)部施工長(zhǎng)鉆孔，采用高壓水泵向煤壁進(jìn)行高壓注水，切眼超前支護(hù)時(shí)拆除注水設(shè)備；在綜采隊(duì)檢修班對(duì)工作面煤壁施工注水孔，孔深10 m，間距5 m，封孔后利用礦井靜壓水進(jìn)行潛孔注水，提高煤體的含水率。煤層注水也同時(shí)增加了煤體塑性，在工作面回采過(guò)程中不容易發(fā)生片幫現(xiàn)象，減少了煤塵來(lái)源。

5.2 多級(jí)噴霧降塵

（1）工作面上、下順槽均采用Φ108 mm水管，減少壓降，在上巷安裝型號(hào)為BPW250/63的滅塵泵，提高靜水壓力至6 MPa。

（2）上風(fēng)巷安裝5道凈化噴霧，首道噴霧與切眼上拐頭距離30 m。噴霧固定在巷道頂部，并采用了旋轉(zhuǎn)噴霧裝置，該裝置利用水壓提供動(dòng)力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，配合防塵簾使用達(dá)到全覆蓋效果，見(jiàn)圖3。

圖3 旋轉(zhuǎn)噴霧

（3）在工作面架間安裝噴霧裝置，移架時(shí)可以發(fā)揮較好的減塵作用。

（4）采用KZD自動(dòng)定位噴淋設(shè)備，該設(shè)備具有紅外定位功能，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行至某支架下側(cè)時(shí)，紅外設(shè)備進(jìn)行定位，對(duì)應(yīng)液壓支架前端的兩個(gè)噴嘴會(huì)自動(dòng)向滾筒下風(fēng)側(cè)進(jìn)行噴淋，起到良好的降塵效果。定位噴淋裝置見(jiàn)圖4。

圖4 定位噴淋裝置

（5）在下巷轉(zhuǎn)載機(jī)下風(fēng)側(cè)安裝自動(dòng)噴淋器。利用托架將轉(zhuǎn)載自動(dòng)噴淋器安裝在轉(zhuǎn)載點(diǎn)上方，流煤處設(shè)置控制桿，當(dāng)煤流經(jīng)過(guò)時(shí)碰觸控制桿打開(kāi)自動(dòng)噴淋器，對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)進(jìn)行全覆蓋噴霧降塵，煤流停止時(shí)，控制桿恢復(fù)，關(guān)閉噴淋裝置，節(jié)省用水量。轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)噴淋器見(jiàn)圖5。

圖5 轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)噴淋器

5.3 物理化學(xué)降塵

（1）將RTM磁化器安裝在噴霧管道內(nèi)，對(duì)水流進(jìn)行磁化，提高其降塵效果。

（2）利用加注設(shè)備將濕潤(rùn)劑混入噴霧水中，提高粉塵濕潤(rùn)能力，達(dá)到降塵目的。

6 應(yīng)用效果

圖6 采用綜合防塵技術(shù)前后粉塵濃度變化情況

應(yīng)用“三位一體”綜合防塵技術(shù)后，對(duì)工作面各對(duì)應(yīng)位置的粉塵濃度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)10-422工作面的粉塵濃度出現(xiàn)了顯著下降，回風(fēng)口粉塵濃度降低為133.7 mg/m3，降幅67.8%。粉塵濃度變化情況見(jiàn)圖6。

7 結(jié)語(yǔ)

1）工作面在回采放煤、移架期間產(chǎn)生的粉塵數(shù)量最多，因此需要針對(duì)其采取防塵措施。

2）在采用了煤層注水、多級(jí)噴霧降塵和物理化學(xué)防塵即“三位一體”綜合防塵措施后，工作面粉塵濃度顯著降低，回風(fēng)口的粉塵濃度降低為133.7 mg/m3，降幅67.8%，有效消除了粉塵隱患，改善了工作面作業(yè)環(huán)境。

3）煤層注水提高了煤層的含水率，同時(shí)增加了煤體塑性，保證了工作面煤壁完整，減少片幫現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)降塵發(fā)揮了重要作用。