綜放工作面綜合防塵技術應用分析

張 陽

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司，山西 大同 037031）

引言

粉塵治理一直是綜采工作面回采期間致力研究的技術難題，工作面回采過程中工作面落煤、頂板防煤、煤矸運輸、煤矸卸載等都會產生高濃度粉塵，粉塵顆粒小，很容易隨著空氣被施工人員吸入肺部，危害著施工人員身體健康，而且高濃度粉塵顆粒遇明火會引發煤塵爆炸事故；綜采工作面主要采用噴霧降塵，傳統的粉塵治理技術單一，降塵效果差，起不到預期防塵效果。

1 白洞礦8106 工作面概述

白洞礦8106 工作面設計走向長度為1 400 m，傾向長度為220 m，工作面回采煤層為石炭系5 號煤層，煤層總厚為10.42～11.37 m，煤層普遍有5～8層夾石，夾石厚一般為0.20～0.40 m，夾石斷斷續續，不穩定。煤層屬于穩定煤層，巷道在煤層中掘進時煤層結構、煤體基本無變化。

8106 工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝，截止2020 年7 月14 日工作面已回采520 m，由于工作面回采的5 號煤層結構復雜，煤體不穩定，采煤機在破煤、落煤以及防煤過程中工作面內產生高濃度粉塵，通過通風區現場監測發現，8106 工作面前期回采過程中，平均粉塵濃度高達103 mg/m3，能見度不足20 m，嚴重制約著工作面安全高效回采[1-4]。

2 粉塵來源分析

2.1 粉塵測定方法

目前煤礦井下對采掘工作面井下粉塵監測常見方法主要由X 射線衍射測定法、β 射線粉塵監測法、分光鏡法以及重量法等；其中重量法在煤礦中最常用，但是該方法工序繁瑣、勞動強度大，而分光鏡法、X 射線衍射測定法對作業環境要求高，受限性大，無法實現井下多點連續監測的目的；所以8106工作面采用β 射線粉塵監測法對粉塵進行監測，在監測過程中主要通過監測儀直接讀取環境粉塵濃度，具有測量精度高、工序簡單以及受環境影響小等優點。

2.2 粉塵來源

8106 工作面回采期間通過現場觀察發現，工作面粉塵來自于采煤機落煤、頂板放煤、移架以及轉載等工序中；其中采煤機破煤、落煤工序中產生粉塵濃度最大，8106 工作面回采的5 號煤層結構復雜且不穩定，采用采煤機破煤過程中煤體伴隨著破碎垮落現象，在工作面風流作用下產生大量揚塵，該處產生的粉塵點隨采煤機而移動；工作面放煤時位于后刮板輸送機處也會產生粉塵，由于后刮板輸送機處分量不足，粉塵呈均勻分布狀態；而裝載點粉塵主要在卸煤過程中，在煤體自身重力作用下產生揚塵，由于轉載點處存在防塵裝置，該點粉塵濃度相對較小。

3 工作面綜合防塵技術

由于傳統噴霧降塵效果差，達不到預期防塵效果，所以決定對8106 工作面后期回采過程中采取“三位一體”的綜合防塵技術。

3.1 煤層注水防塵

煤層注水前煤體間靜摩擦力小，煤體內粉塵呈游離狀態，而對煤體注水后不僅增加了煤體間黏著強度以及摩擦力，而且將內部游離的粉塵進行黏合成大顆粒煤泥塊，從而降低了粉塵濃度，有效控制煤體片幫現象。

1）8106 工作面注水鉆孔布置在回風順槽側煤壁上，采用專用鉆機進行注水鉆孔施工，鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，鉆孔開口位置距底板間距為1.5 m，鉆孔布置間距為10 m。

2）注水鉆孔施工完后對鉆孔內安裝注水軟管，軟管一端與專用注漿泵連接，采用封孔器及膨脹水泥對鉆孔進行封孔處理，然后進行高壓注水施工，注水壓力為5.0 MPa；當工作面回采距注水孔間距為5.0 m 時，停止注水施工。

3.2 多級噴霧降塵

1）為了提高靜壓水壓力，減少壓降，在8106 工作面上下順槽處各安裝一套直徑為108mm 靜壓水管，同時在運輸順槽巷口處安裝一臺型號為BPW250/63 的加壓泵，保證靜壓水壓力不低于6.5MPa。

2）為了提高降塵效果，在8106 運輸順槽內安裝了6 道凈化水幕，水幕布置間距為200 m，其中第一道水幕距工作面間距為50 m，凈化水幕主要由旋轉噴頭、螺旋桿等部分組成，裝置安裝在巷道頂板上，采用巷道內靜壓水作為旋轉噴霧動力，同時配合防塵簾實現全斷面噴霧的目的。運輸順槽旋轉噴霧裝置結構如圖1 所示。

圖1 運輸順槽旋轉噴霧裝置結構示意圖

3）對工作面內安裝一套KZD 自動定位噴霧系統，該系統主要由紅外檢測裝置、采煤機定位裝置、高壓噴頭以及控制器等部分組成；當采煤機在割煤時通過紅外線檢測裝置以及定位裝置確定采煤機位置，然后將采煤機位置信息發送至控制器內，控制器控制相應支架前方噴頭進行噴霧降塵。

4）在卸載點處安裝一套自動觸碰噴霧裝置（見圖2），該裝置主要由觸碰桿、電磁閥、控制器、噴霧頭、固定架等部分組成；觸碰桿吊掛在距卸載點前方0.3～0.5 m 處，固定架與轉載兩側進行固定；當轉載機進行煤矸運輸時，煤流在卸載過程中會碰撞觸碰桿，控制器接收信號后通過控制作用打開電磁閥，從而實現自動噴霧；當轉載機停止運轉或空轉時，觸碰桿停止運動，控制器關閉電磁閥開關，停止噴霧。

圖2 轉載點自動觸碰噴霧裝置結構示意圖

3.3 物理化學降塵

在頭尾順槽巷口處對靜壓水管內添加潤滑劑，從而增加了噴霧顆粒吸附能力，加強降塵效果；同時將RTM 磁化器安裝在噴霧管道內，對水流進行磁化，提高其降塵效果[5]。

4 應用效果分析

截止2021 年1 月8106 工作面已回采結束，對8106 工作面后期回采過程中采取“三位一體”綜合防塵技術后，通過6 個月實際應用效果來看，大大降低了工作面粉塵濃度，通過實測，采取措施后工作面粉塵質量濃度降低至21 mg/m3,能見度提高至50 m 以上，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應用成效。