E1306 工作面新型降塵技術(shù)的應(yīng)用研究

王 浩

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

煤礦在井下綜采作業(yè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，不僅導(dǎo)致井下綜采面上能見度下降影響綜采作業(yè)安全，而且粉塵還會(huì)隨著呼吸進(jìn)入到人體的肺部，產(chǎn)生“塵肺病”等職業(yè)疾病，嚴(yán)重影響了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。山西高河能源有限公司E1306 工作面在井下采取了包括采煤機(jī)噴霧降塵等多種措施來降低井下綜采作業(yè)時(shí)的粉塵濃度。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，以上措施效果不佳，在軌道順槽掘進(jìn)面約30 m 處測定的井下粉塵濃度高達(dá)47 mg/m3，依舊無法滿足井下高速綜采作業(yè)時(shí)低粉塵濃度的需求。

結(jié)合井下粉塵實(shí)際分布情況，提出了一種新的防塵技術(shù)措施，針對架間粉塵和巷道內(nèi)粉塵濃度大、擴(kuò)散快的情況，提出了設(shè)置架間導(dǎo)矸降塵裝置、自動(dòng)捕塵網(wǎng)裝置、全封閉捕塵裝置等，通過實(shí)施綜合降塵技術(shù)來優(yōu)化井下綜采作業(yè)環(huán)境，重點(diǎn)對三種新降塵裝置的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，綜合防塵系統(tǒng)能夠?qū)④壍理槻劬蜻M(jìn)面約30 m 處的粉塵濃度降低68.9%，極大地提升了井下降塵效率，提高作業(yè)面作業(yè)安全性。

1 架間導(dǎo)矸降塵裝置

山西高河能源有限公司E1306 工作面的采高超過了6 m，屬于大采高綜采面，所采用的支架也是大采高支護(hù)結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)過程中拉架時(shí)會(huì)有大量的煤炭從支架縫隙中漏出。由于采高大、煤粉持續(xù)掉落，因此在架間不僅會(huì)產(chǎn)生較大的粉塵，而且粒徑較大的煤塊還會(huì)對支架下的人員通行產(chǎn)生較大的傷害。因此，提出了一種新的架間導(dǎo)矸降塵裝置，不僅能夠有效降低架間粉塵濃度，而且還具有較好的防漏矸能力。

該裝置主要是在支架上設(shè)置“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)，避免頂部碎煤和矸石的滑落，立柱和液壓支架尾梁導(dǎo)矸裝置地槽兩側(cè)距離地面的水平距離不小于支架的拉架步距，確保在支架拉架時(shí)不會(huì)對“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擠壓[1]，不影響拉架時(shí)的穩(wěn)定性。液壓支架“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 液壓支架“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保液壓支架“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可靠性，使落入到擋槽內(nèi)的矸石能夠快速滑落到采空區(qū)內(nèi)，在經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證后，將擋槽和支架底板的水平夾角結(jié)構(gòu)設(shè)置為62°。在移動(dòng)支架時(shí)從架縫垮落的矸石或者煤粉能夠在自身重力作用下沿著擋槽滑入采空區(qū)，不僅加大了人員在操作時(shí)的安全區(qū)域，而且也使上風(fēng)側(cè)的液壓支架和下風(fēng)側(cè)的液壓支架不影響人員的正常操作。導(dǎo)矸槽在支架上的設(shè)置結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 導(dǎo)矸槽安裝結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，導(dǎo)矸槽兩側(cè)的高度存在一定的差異，高度大的一側(cè)固定在液壓支架的掩護(hù)梁上。為了提高對煤粉的攔截率，減少煤粉的擴(kuò)散，“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)需要面向進(jìn)風(fēng)側(cè)，避免了因巷道內(nèi)通風(fēng)變化而產(chǎn)生的紊流引起二次揚(yáng)塵。

導(dǎo)矸槽的材質(zhì)可選用不銹鋼，不僅輕便而且不易生銹，其采用了快速拆卸結(jié)構(gòu)，能夠循環(huán)使用，提高了使用穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)在井下的實(shí)際測試，采用導(dǎo)矸槽后，能夠?qū)⒓荛g的粉塵濃度降低91.2%，對支架工起到了很好的保護(hù)作用。

2 折疊式全斷面捕塵網(wǎng)

E1306 回風(fēng)巷距離工作面35～40 m 及50～60 m處各設(shè)置一個(gè)捕塵網(wǎng)，同時(shí)在捕塵網(wǎng)上風(fēng)側(cè)1 m 的位置各設(shè)置一個(gè)凈化水幕，用于對巷道的全面降塵。現(xiàn)在所用的捕塵網(wǎng)為整體平面式結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)重量大，無法使用在不規(guī)則巷道內(nèi)，而且捕塵網(wǎng)在人經(jīng)過時(shí)需要頻繁開關(guān)，極大地影響了降塵效率。

高河能源技術(shù)攻關(guān)小組在經(jīng)過大量試驗(yàn)研究后，提出了一種新的折疊式的全斷面捕塵網(wǎng)，其主要包括了折疊式骨架、不銹鋼網(wǎng)及行人門等，其整體結(jié)構(gòu)如圖3[2]。

圖3 折疊式捕塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 捕塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)

為了提高捕塵網(wǎng)的使用便捷性，折疊式骨架采用了30 mm 角鐵、4 分鋼管轉(zhuǎn)軸以及M13 螺栓構(gòu)成。將M13 螺栓焊接在鋼管的兩側(cè)，共包含了12 個(gè)轉(zhuǎn)軸；將角鐵加工成“L”狀結(jié)構(gòu)，在兩端加工上直徑為16 mm 的通孔，共設(shè)置28 個(gè)；將角鐵固定在鋼管兩端，角鐵和鋼管間需要留有約1 mm 的間隙，使角鐵能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；不銹鋼網(wǎng)可利用扁鐵將其固定在角鐵上。

金屬網(wǎng)目數(shù)的大小直接決定了捕塵的能力，目數(shù)越大表明每平方毫米的面積上孔數(shù)越多，孔徑就越小。目數(shù)大，金屬網(wǎng)的捕塵能力增加，但風(fēng)阻會(huì)增加很多，影響井下通風(fēng)的可靠性[3]；目數(shù)小則會(huì)影響金屬網(wǎng)的捕塵能力。因此，在對不同目數(shù)金屬網(wǎng)的捕塵能力和通風(fēng)能力進(jìn)行分析后，最終選擇了10 目的金屬網(wǎng)。如果設(shè)置金屬捕塵網(wǎng)的位置下面有輸送機(jī)，則在輸送機(jī)經(jīng)過的地方開一個(gè)輸送機(jī)過孔，四周留有一定間隙，保證輸送機(jī)的正常通過。

折疊式捕塵裝置框架結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 折疊式捕塵裝置框架結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

為了避免行人在通過捕塵網(wǎng)時(shí)反復(fù)開關(guān)影響防塵性能，在捕塵網(wǎng)的下側(cè)專門設(shè)置了一個(gè)行人門，其采用了兩扇開關(guān)門結(jié)構(gòu)，每扇門框架采用了30 mm 角鐵焊接。門軸位置采用長度為1.8 m 的6 分鋼管，門軸為4 分鋼管，將6 分鋼管套在4 分鋼管軸上，保證旋轉(zhuǎn)的靈活性。行人門總寬600 mm，保證了使用的便捷性。

2.2 風(fēng)流凈化水幕設(shè)置

在捕塵網(wǎng)的上風(fēng)側(cè)約1000 mm 的位置設(shè)置一個(gè)風(fēng)流凈化水幕結(jié)構(gòu)[4]，水幕的噴頭和水平面呈向下的45°夾角。水幕在工作時(shí)的霧粒在風(fēng)流的作用下能夠均勻地噴灑在捕塵網(wǎng)上，從而提高捕塵網(wǎng)的捕塵能力，而且隨著凈化水幕上水流的不斷流下也能夠起到凈化金屬捕塵網(wǎng)的作用。

3 全封閉防塵裝置

針對井下輸送機(jī)端頭卸煤點(diǎn)位置揚(yáng)塵大的不足，在卸煤點(diǎn)處設(shè)置了一個(gè)全封閉的防塵裝置。該裝置包括了封閉外殼、煙霧傳感器、自動(dòng)噴淋裝置、控制臺等，其整體結(jié)構(gòu)如圖5[5]。

圖5 輸送機(jī)全封閉防塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在輸送機(jī)的端頭位置設(shè)置粉塵濃度傳感器，當(dāng)粉塵濃度大于40 mg/m3時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制全封閉式防塵裝置的自動(dòng)噴淋裝置工作，進(jìn)行噴霧降塵，當(dāng)粉塵濃度低于10 mg/m3時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉噴淋裝置，實(shí)現(xiàn)智能噴淋降塵控制。

該系統(tǒng)采用了智能閉環(huán)反饋控制邏輯[6]，能夠根據(jù)輸送機(jī)端頭位置的粉塵濃度變化情況自主進(jìn)行噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)了噴霧降塵和節(jié)能的統(tǒng)一。

4 其他防塵措施

為了保證井下降塵的可靠性，煤礦制定了一系列的井下防塵操作規(guī)范，從制度和流程上規(guī)范了井下防塵操作，具體如下：

1）跟班隊(duì)長總體負(fù)責(zé)，每班進(jìn)入工作面后對支架及行人道、大溜進(jìn)行沖洗，檢修班重點(diǎn)對工作面進(jìn)行防塵灑水。生產(chǎn)班（八點(diǎn)班、四點(diǎn)班）在離開工作面之前對責(zé)任區(qū)內(nèi)全部進(jìn)行防塵灑水，從支架、切眼至回風(fēng)巷200 m 處對巷道底板、頂板、幫部、綜合管網(wǎng)進(jìn)行防塵灑水，確保交接班時(shí)井下巷道無煤塵堆積現(xiàn)象。檢修班安排專人全面對巷道內(nèi)的防塵設(shè)施、灑水進(jìn)行綜合管理，每班由轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)將巷道前后50 m 范圍內(nèi)巷道底板、頂板、幫部、綜合管網(wǎng)進(jìn)行沖洗。

2）膠帶順槽、回風(fēng)順槽及沿空留巷距工作面200 m 范圍內(nèi)要求班班沖洗煤塵，距工作面200～300 m 以內(nèi)要求每天沖洗一次，300 m 開外的膠帶、回風(fēng)順槽及聯(lián)巷至少每3 d 沖洗一次，各轉(zhuǎn)載點(diǎn)前后50 m 范圍內(nèi)班班沖洗，個(gè)別產(chǎn)塵大的地點(diǎn)要求班班沖洗。沖洗工作由各責(zé)任班組負(fù)責(zé)，沖洗后如實(shí)填寫巷道沖洗記錄。電氣設(shè)備上的煤塵要求每班由電氣檢修（維護(hù)）工清掃干凈，保證膠帶、回風(fēng)及各聯(lián)巷、工作面和設(shè)備上無煤塵堆積。

5 結(jié)論

目前該井下綜合降塵技術(shù)已經(jīng)在高河能源E1306 工作面得到了全面的應(yīng)用。自2022 年7 月應(yīng)用以來，井下巷道內(nèi)的粉塵質(zhì)量濃度從最初的47 mg/m3降低到了目前的14.6 mg/m3，降低了68.9%，極大地提升了井下綜采作業(yè)時(shí)的安全性，改善了井下綜采面作業(yè)環(huán)境。

該綜采工作面綜合降塵技術(shù)創(chuàng)新研制了架間導(dǎo)矸降塵裝置、折疊式捕塵網(wǎng)裝置、全封閉的防塵裝置并進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明：

1）架間導(dǎo)矸降塵裝置采用“L”型單邊擋槽結(jié)構(gòu)，能夠避免頂部碎煤和矸石的滑落，減少粉塵的產(chǎn)生。

2）捕塵網(wǎng)采用了10 目的金屬網(wǎng)且設(shè)置有輸送機(jī)過門和行人過門，在提高降塵能力的基礎(chǔ)上提高了使用便捷性。

3）轉(zhuǎn)載點(diǎn)全封閉防塵裝置采用了智能閉環(huán)反饋控制邏輯，能夠根據(jù)輸送機(jī)端頭位置的粉塵濃度變化情況自主進(jìn)行噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)了噴霧降塵和節(jié)能的統(tǒng)一。