綜采工作面綜合防塵技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用

董明亮

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

15103 工作面設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(wěn)定可采煤層。煤層平均厚度為4.03 m，平均傾角為3°，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示，工作面采用綜合機(jī)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?shù)装鍘r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(nèi)靜壓水管連接，當(dāng)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(jìn)行降塵[1-2]。

工作面采煤機(jī)切割部安裝了內(nèi)外噴霧裝置，當(dāng)采煤機(jī)割煤時內(nèi)外噴霧裝置打開，對落煤點(diǎn)進(jìn)行噴霧降塵。

2.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

15103 工作面前期回采過程中采用噴霧灑水進(jìn)行降塵后，實(shí)測工作面機(jī)道處粉塵質(zhì)量濃度達(dá)142 mg/m3，工作面落煤點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)157 mg/m3，回風(fēng)流中粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)144 mg/m3，工作面能見度不足15 m，采用傳統(tǒng)噴霧灑水裝置達(dá)不到預(yù)期防塵效果。

2.3 主要問題分析

1）靜壓水損失嚴(yán)重：根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)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(nèi)共計(jì)安裝3 套，共計(jì)灑水量為0.6 m3/min，全天按10 h 生產(chǎn)計(jì)算，全天靜壓水損失量達(dá)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(shè)備正常使用。

2）巷道內(nèi)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(dǎo)致工作面內(nèi)產(chǎn)生大量積水，降低了工作面標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量，而且噴霧降塵時水霧顆粒吸附在機(jī)電設(shè)備表面，影響設(shè)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(jìn)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(shí)際降塵效果差。

3 工作面綜合防塵技術(shù)應(yīng)用

為了進(jìn)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(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出了“煤層注水+泡沫抑塵”綜合除塵技術(shù)。

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(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)煤體受采動影響，煤體間產(chǎn)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(fā)空間，積攢在煤體內(nèi)，一旦落煤時煤塵及時揮發(fā)；對煤體內(nèi)注水應(yīng)提前對煤體內(nèi)煤塵進(jìn)行濕潤，達(dá)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(yùn)輸、回風(fēng)順槽側(cè)煤壁布置注水鉆孔，采用專業(yè)液壓鉆機(jī)配套中空鉆桿以及合金鋼鉆頭進(jìn)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(yùn)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(fēng)順槽注水鉆孔布置參數(shù)與運(yùn)輸順槽側(cè)相同，兩側(cè)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(jìn)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(jìn)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(jī)道、采煤機(jī)截割部安裝泡沫抑塵裝置，其中機(jī)道處安裝兩套，采煤機(jī)截割部各安裝一套。

3.2.1 泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)

1）泡沫抑塵裝置主要由泡沫生產(chǎn)器、電控閥門、分配器、噴頭架、旋轉(zhuǎn)噴頭、聯(lián)鎖控制模塊、等部分組成，如圖1 所示。其中泡沫生產(chǎn)器主要由箱體、進(jìn)水管、吸料管、壓風(fēng)管、發(fā)泡器、吹泡器等部分組成。

圖1 泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

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

3）連鎖控制模塊分別與泡沫生產(chǎn)電控閥門以及采煤機(jī)電機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)開機(jī)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(dāng)采煤機(jī)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(nèi)注水、通風(fēng)，泡沫生產(chǎn)器內(nèi)在風(fēng)壓、水流作用下生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)泡沫抑塵。

2）泡沫抑塵與傳統(tǒng)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(tǒng)噴霧降塵時工作面積水量大等技術(shù)難題。

3.2.3 安裝自動捕塵裝置

1）捕塵網(wǎng)采用紅外自動連鎖控制方式，該裝置主要由連鎖開關(guān)、高壓噴霧系統(tǒng)、紅外線發(fā)射器、自動卷簾裝置、PLC 控制器以及捕塵網(wǎng)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(jì)安裝兩套；裝置通過聯(lián)鎖開關(guān)與采煤機(jī)電控箱連接。紅外線發(fā)射裝置安裝在距捕塵網(wǎng)5.0 m 處，裝置與PLC 控制器連接。

3）當(dāng)采煤機(jī)割煤時通過連鎖開關(guān)控制自動捕塵裝置開啟，此時高壓噴霧系統(tǒng)噴灑霧化水霧并在捕塵網(wǎng)上形成連續(xù)穩(wěn)定的捕塵簾；當(dāng)采煤機(jī)割煤至紅外線發(fā)生裝置時，采煤機(jī)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(guān)控制自動捕塵裝置停止工作，捕塵網(wǎng)通過卷簾裝置自動收起。當(dāng)采煤機(jī)通過紅外線發(fā)生區(qū)域后，裝置再次通過PLC 控制器以及連鎖開關(guān)開啟。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2021 年2 月11 日掌石溝煤礦對15103 工作面進(jìn)行煤層注水，并對工作面安裝了4 套泡沫抑塵裝置，其中機(jī)道處安裝2 套、采煤機(jī)截割部各安裝1 套，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，采用綜合防塵技術(shù)后，工作面在后期回采過程中粉塵濃度得到了有效控制，實(shí)測工作面落煤點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度降低至87 mg/m3,回風(fēng)流粉塵質(zhì)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(jié)語

掌石溝煤礦針對15103 工作面前期回采過程中傳統(tǒng)噴霧降塵技術(shù)主要存在的問題，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況對工作面噴霧除塵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出煤層注水與泡沫抑塵相結(jié)合的綜合防塵技術(shù)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，綜合防塵技術(shù)能夠有效降低工作面粉塵濃度，達(dá)到預(yù)期綜合防塵效果，取得了顯著應(yīng)用成效。