綜采工作面綜合防塵技術優化應用

董明亮

（晉能控股煤業集團掌石溝煤礦，山西 高平 048400）

1 15103 回采工作面概述

晉能控股煤業集團掌石溝煤礦15103 回采工作面位于井田西部，東部為實體煤；西部為15102 采空區；南部與采區三條大巷相連；北部相距114 m 為礦井邊界。

15103 工作面設計走向長度為1 450 m、傾向長度為120 m，工作面回采煤層為15 號煤層，煤層結構較簡單，夾0～2 層夾矸，矸石一般分布于上部和下部，單層夾矸厚度上部為0.30～0.60 m、下部為0.25～0.30 m，為穩定可采煤層。煤層平均厚度為4.03 m，平均傾角為3°，煤層頂底板巖性如表1 所示，工作面采用綜合機械化回采工藝，截至目前已回采240 m。

表1 15103 工作面回采的15 號煤層頂底板巖性

2 工作面原防塵措施及問題分析

2.1 工作面原防塵措施

15103 工作面在前期回采過程中主要采用噴霧降塵，在工作面支架頂梁下方每隔50 m 安裝一道噴霧灑水裝置，該裝置主要由噴霧架、高壓噴頭、高壓膠管、閥門等部分組成，高壓膠管一端與噴霧架連接，另一端與工作面內靜壓水管連接，當工作面回采時打開閥門，在靜壓水壓力作用下水源通過噴頭霧化進行降塵[1-2]。

工作面采煤機切割部安裝了內外噴霧裝置，當采煤機割煤時內外噴霧裝置打開，對落煤點進行噴霧降塵。

2.2 實際應用效果分析

15103 工作面前期回采過程中采用噴霧灑水進行降塵后，實測工作面機道處粉塵質量濃度達142 mg/m3，工作面落煤點粉塵質量濃度高達157 mg/m3，回風流中粉塵質量濃度高達144 mg/m3，工作面能見度不足15 m，采用傳統噴霧灑水裝置達不到預期防塵效果。

2.3 主要問題分析

1）靜壓水損失嚴重：根據現場實測發現15103 工作面安裝的噴霧降塵裝置，灑水量為0.2 m3/min，工作面內共計安裝3 套，共計灑水量為0.6 m3/min，全天按10 h 生產計算，全天靜壓水損失量達360 m3，靜壓水損失量大，且噴霧灑水裝置工作壓力為0.5 MPa，降低了靜壓水壓，影響工作面其他設備正常使用。

2）巷道內積水量大：由于噴霧降塵后的污水無法被工作面底板化解吸收，導致工作面內產生大量積水，降低了工作面標準化質量，而且噴霧降塵時水霧顆粒吸附在機電設備表面，影響設備安全性能。

3）降塵效果差：噴霧灑水裝置主要通過高壓噴頭將水源霧化，通過霧化后的水霧顆粒對粉塵進行吸附降塵，但是水霧顆粒直徑一般為20～30 μm，水霧顆粒小且水霧黏著性小，對粉塵顆粒吸附性小，實際降塵效果差。

3 工作面綜合防塵技術應用

為了進一步提高工作面防塵效果，降低工作面粉塵濃度，決定對15103 工作面防塵技術進行優化改進，提出了“煤層注水+泡沫抑塵”綜合除塵技術。

3.1 煤層注水

3.1.1 煤層注水目的

工作面煤層回采前煤體間存在靜摩擦力，煤體處于穩定狀態，當煤體受采動影響，煤體間產生錯位、移動，從而形成煤體裂隙帶，煤體斷裂過程中形成煤塵，由于在落煤前煤塵無揮發空間，積攢在煤體內，一旦落煤時煤塵及時揮發；對煤體內注水應提前對煤體內煤塵進行濕潤，達到超前減塵的目的。

3.1.2 注水施工工藝

1）首先在15103 工作面運輸、回風順槽側煤壁布置注水鉆孔，采用專業液壓鉆機配套中空鉆桿以及合金鋼鉆頭進行注水鉆孔施工，鉆桿長度為1.5 m，直徑為63 mm，合金鋼鉆頭直徑為75 mm。

2）運輸順槽注水鉆孔開口位置布置在距頂板1.5 m處，鉆孔直徑為75 mm，深度為100 m，鉆孔布置間距為20 m，鉆孔以5°俯角布置；回風順槽注水鉆孔布置參數與運輸順槽側相同，兩側鉆孔成交錯布置。

3）注水鉆孔施工完后對鉆孔插入一根直徑為25mm高壓注水膠管，然后對鉆孔孔口處采用膨脹水泥進行封孔，封孔長度為1.0 m，將注水膠管與專用高壓注水泵連接，然后開啟注水泵進行高壓注水，注水壓力為15 MPa，單孔注水量為50 m3。

3.2 泡沫抑塵

為了提高工作面降塵效果，決定對工作面機道、采煤機截割部安裝泡沫抑塵裝置，其中機道處安裝兩套，采煤機截割部各安裝一套。

3.2.1 泡沫抑塵裝置結構

1）泡沫抑塵裝置主要由泡沫生產器、電控閥門、分配器、噴頭架、旋轉噴頭、聯鎖控制模塊、等部分組成，如圖1 所示。其中泡沫生產器主要由箱體、進水管、吸料管、壓風管、發泡器、吹泡器等部分組成。

圖1 泡沫抑塵裝置結構示意圖

2）分配器主要對各個噴頭進行泡沫量分配，噴頭架上固定旋轉噴頭，旋轉噴頭共計10 個，在風壓作用下可自動360°旋轉。

3）連鎖控制模塊分別與泡沫生產電控閥門以及采煤機電機連接，實現采煤機開機時連鎖控制泡沫抑塵裝置。

3.2.2 泡沫抑塵裝置工作原理

1）當采煤機割煤時通過連鎖控制模塊控制泡沫抑塵裝置電控閥門，對裝置內注水、通風，泡沫生產器內在風壓、水流作用下生產高濃度泡沫；高濃度泡沫通過分配器分配至高壓噴頭，并在噴灑處實現泡沫抑塵。

2）泡沫抑塵與傳統噴霧降塵相比，泡沫體積大、重量小，而且具有很好的吸附能力，降塵效果好，且泡沫降塵落地后很快被分解，有效解決了傳統噴霧降塵時工作面積水量大等技術難題。

3.2.3 安裝自動捕塵裝置

1）捕塵網采用紅外自動連鎖控制方式，該裝置主要由連鎖開關、高壓噴霧系統、紅外線發射器、自動卷簾裝置、PLC 控制器以及捕塵網等部分組成。

2）自動捕塵裝置安裝在工作面支架頂梁下方，每隔100 m 安裝一套，工作面共計安裝兩套；裝置通過聯鎖開關與采煤機電控箱連接。紅外線發射裝置安裝在距捕塵網5.0 m 處，裝置與PLC 控制器連接。

3）當采煤機割煤時通過連鎖開關控制自動捕塵裝置開啟，此時高壓噴霧系統噴灑霧化水霧并在捕塵網上形成連續穩定的捕塵簾；當采煤機割煤至紅外線發生裝置時，采煤機阻擋了紅外線，此時通過PLC 控制器分析判斷，及時通過連鎖開關控制自動捕塵裝置停止工作，捕塵網通過卷簾裝置自動收起。當采煤機通過紅外線發生區域后，裝置再次通過PLC 控制器以及連鎖開關開啟。

3.3 實際應用效果分析

2021 年2 月11 日掌石溝煤礦對15103 工作面進行煤層注水，并對工作面安裝了4 套泡沫抑塵裝置，其中機道處安裝2 套、采煤機截割部各安裝1 套，通過實際應用效果來看，采用綜合防塵技術后，工作面在后期回采過程中粉塵濃度得到了有效控制，實測工作面落煤點粉塵質量濃度降低至87 mg/m3,回風流粉塵質量濃度降低至69 mg/m3，工作面能見度提高至47 m，有效保證工作面安全高效回采[3-5]。

4 結語

掌石溝煤礦針對15103 工作面前期回采過程中傳統噴霧降塵技術主要存在的問題，根據生產實際情況對工作面噴霧除塵技術進行優化改進，提出煤層注水與泡沫抑塵相結合的綜合防塵技術，通過實際應用效果來看，綜合防塵技術能夠有效降低工作面粉塵濃度，達到預期綜合防塵效果，取得了顯著應用成效。