常曉偉　石　勇

(山東能源肥城礦業(yè)集團單縣能源有限公司)

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陳蠻莊煤礦主采煤層綜合防塵實踐

常曉偉石勇

(山東能源肥城礦業(yè)集團單縣能源有限公司)

摘要為有效解決陳蠻莊礦粉塵危害問題，通過分析粉塵的物化性質(zhì)和產(chǎn)塵機理，總結和改進現(xiàn)有防塵技術，推廣二次負壓除塵應用，創(chuàng)新噴霧走廊的布置方式,采用煤層注水、架間噴霧、采煤機組噴霧、轉(zhuǎn)載點噴霧及回風巷全斷面噴霧等綜合防塵措施，使綜采工作面作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善，為煤礦安全高效開采提供技術保障。

關鍵詞粉塵濃度綜合防塵清潔生產(chǎn)

隨著近年來綜采工作面機械化程度的提高，綜采工作面煤塵危害對井下作業(yè)人員的生命安全和礦井的安全生產(chǎn)造成的威脅愈加嚴重[1]。陳蠻莊煤礦主采煤層(3層)主焦煤具有低中灰、中等揮發(fā)分、強粘結性、易泥化等特點，生產(chǎn)過程中粉塵危害嚴重，尤其是綜采工作面的粉塵濃度嚴重超標，為實現(xiàn)有效降塵，改善作業(yè)環(huán)境，必須采取綜合防塵措施，即以煤層注水抑塵為主，液壓支架、采煤機、轉(zhuǎn)載點水霧強力降塵以及回風巷全斷面噴霧走廊捕塵為輔，達到預期目的。

1煤層注水

在工作面回采前進行煤體預注水，根據(jù)煤層的厚度、滲透特性、工作面長度及巷道布置等，注水孔分為單向、雙向及扇形鉆孔布置方式[2]。陳蠻莊煤礦煤層滲透性較差，煤層平均厚3.5 m，工作面傾斜長180 m、走向長1 800 m，煤層注水孔適合采用雙向鉆孔布置。

注水方式主要分靜壓注水和動壓注水2種。在靜壓注水中，注水流量隨鉆孔中注水阻力的變化而變化，是一不確定值;在動壓注水中，若泵的流量和同時注水孔數(shù)確定后，單孔注水流量就是一確定值。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，若注水時間允許，采用長時間小流量注水對煤層濕潤效果較理想[2]。

陳蠻莊礦煤層可注水性較差，用常規(guī)注水方法難以達到理想效果。為此，采用“鉆、擴、壓一體化技術”解決注水問題，注水孔布置見圖1。

首先在順槽煤幫中部依次按3 m間距鉆注水深孔a，孔徑為50 mm，孔深90～100 m，達到工作面長度的2/3以上；然后再均勻鉆擴壓裂孔b，孔徑為110 mm，孔深60 m。鉆孔完成后，用水泥漿對a孔進行深孔封閉，長度不小于8 m，b孔封孔長3 m以上；然后從a孔注水，水壓在8Mpa左右，注水過程中鉆孔內(nèi)水壓逐步增高，當達到最高值時，由于陳蠻莊礦煤質(zhì)極為松脆，圖1陰影區(qū)域就會破碎，使水與煤較充分親和，從而實現(xiàn)注水要求。

圖1　煤層注水孔施工布置

該注水方式顯著提高注水效果，煤層含水量由原來的2.1%提高到5.3%,,從而達到了源頭控制煤塵的效果。

2液壓支架間除塵

采用ZJC-2型自動架間除塵器(圖2)。該裝置具有4大特點：一是因為水源壓力達到7 MPa以上，除塵器噴射的霧柱能形成一定的有效水幕，水幕形成強大壓力的“水幕墻”，阻擋上風相鄰支架動作時產(chǎn)生的粉塵，從而將降架或移架時產(chǎn)生的煤塵分隔在一定的區(qū)域內(nèi)[3]；二是所噴水霧霧化顆粒較為理想，噴頭采用螺旋通道方式，高壓水在噴頭內(nèi)部形成短暫旋流，亦可增大噴出壓力和霧化水平，增加與煤塵的接觸幾率，同時很好地與煤塵親和；三是有一負壓吸塵口，當高壓水從噴霧裝置中噴出時，噴霧桿就形成了一個負壓腔，隨著壓力的增大，負壓腔的負壓也會加大，使得裝置的吸塵罩能夠把空氣中的煤塵再次吸入噴霧內(nèi)，二次滅塵，提高了滅塵效率[4]；四是與支架的液壓系統(tǒng)共用，上風口鄰架拉架、升降頂梁時，可實現(xiàn)自動噴霧。

圖2　液壓支架架間自動噴霧裝置示意

由于該裝置的水壓較大，霧化效果顯著提高，加之二次負壓技術在現(xiàn)場的應用，對降低煤塵濃度起到關鍵作用，經(jīng)現(xiàn)場實測，液壓支架附近總粉塵濃度降低85%。

3采煤機除塵

采煤機是綜采工作面的核心設備，也是綜采工作面產(chǎn)塵量最大的設備。除采用一般采煤機內(nèi)噴霧裝置外，還采用了GCMC-2型除塵器進行采煤機外噴霧滅塵，該機型同樣應用了負壓二次降塵技術，是目前國內(nèi)最先進的一種(圖3)[5]。采煤工作面各工序平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計見表1。

圖3　GCMC-2型負壓二次除塵器實體

生產(chǎn)工序測塵點位置平均粉塵濃度/(mg/m3)無措施全塵呼吸性粉塵綜合防塵后全塵呼吸性粉塵綜合降塵率/%采煤機割煤機組回風側10m處95.225.08.92.191移架作業(yè)支架回風側5m處78.020.86.71.891運煤作業(yè)膠帶回風側10m處56.317.74.51.392

由表1看出，在采取煤層注水、采煤機除塵和液壓支架除塵措施后，綜采工作面主要工序的粉塵濃度得到了有效控制，綜合降塵率達到91%以上。

4轉(zhuǎn)載點除塵

4.1轉(zhuǎn)載點封閉

綜采工作面裝煤和運煤過程都存在轉(zhuǎn)載點，轉(zhuǎn)載點落煤時會形成二次揚塵。首先對轉(zhuǎn)載點進行全封閉，確保了轉(zhuǎn)載點落煤時揚起的煤塵全部封閉在一定的空間內(nèi)，從而改善作業(yè)環(huán)境的空氣質(zhì)量。

4.2轉(zhuǎn)載點自動噴霧

結合陳蠻莊礦煤質(zhì)易泥化的特點，避免出現(xiàn)皮帶“拉水煤”的情況，不能采用常開式噴霧。在封閉的轉(zhuǎn)載點內(nèi)采用ZPC-127型觸控自動噴霧，該裝置實現(xiàn)與皮帶機聯(lián)動，避免了常開式噴霧水量過多的問題，同時有效控制煤塵濃度[6]。陳蠻莊礦在采用封閉式轉(zhuǎn)載點加自動噴霧的方式后，轉(zhuǎn)載點的降塵率高達90%以上。

5回風巷噴霧走廊除塵

5.1噴霧走廊的布置

膠帶順槽是采煤面的回風巷道，粉塵濃度大，為把粉塵濃度降到最小，創(chuàng)新性采用安設噴霧走廊的方式布置捕塵簾水幕，在膠帶順槽距切眼50 m處安設第一道可伸縮、可調(diào)節(jié)的全斷面捕塵簾噴霧，每隔5 m增設一道，共安裝3道，組成一組10 m長的噴霧走廊(圖4)。

圖4　可伸縮、可拆解全斷面噴霧走廊

5.2全斷面噴霧裝置設計

該噴霧裝置采用可拆卸、可伸縮設計，隨著采煤工作面推進，全斷面噴霧裝置可以移動，實現(xiàn)重復利用，安裝、維護、回撤方便，并可以節(jié)約材料成本。

噴霧桿采用鋁塑管材質(zhì)，具有耐腐蝕、輕便、免維護等特點，可以根據(jù)需要剪裁長度、設置噴射角度、改變形狀。通過在井下安裝實踐，可靠性極高。

根據(jù)避免相鄰2個噴頭水幕交叉而需要的最小間距原則，設計噴頭間距為0.4 m。通過試驗發(fā)現(xiàn)3道噴霧的噴頭安裝角度分別與頂板成30°、45°、90°時效果最好。噴霧框架全部覆蓋φ1 mm的紗網(wǎng)，可以最大程度捕塵、降塵。

6結語

針對陳蠻莊礦煤質(zhì)強粘結性、易泥化、可注水性差的特性，采取以“鉆、擴、壓一體化技術”煤層注水為主，結合負壓二次除塵、高壓噴霧、轉(zhuǎn)載點全封閉和回風巷噴霧走廊等綜合防塵措施，有效降低了綜采工作面的粉塵濃度，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境明顯改善，達到清潔生產(chǎn)的要求。這一系列措施可為同行業(yè)防塵工作帶來一些借鑒和參考。

參考文獻

[1]程為民，劉偉，聶文，等.煤礦采掘工作面粉塵防治技術及其發(fā)展趨勢[J]．山東科技大學學報，2010，29(4)：77-82．

[2]鄭光祖．礦塵防治技術[M]．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2009．

[3]張延松;高壓噴霧及其在煤礦井下粉塵防治中的應用[J].重慶環(huán)境科學，1994(6):32-36.

[4]王利京，李五強，張學釗.采煤機負壓二次降塵裝置的實踐與應用[J].煤炭工程，2008(4)：48-49.

[5]錢尊興，李玉元.采煤機高壓噴霧及負壓二次降塵技術的試驗與應用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2001(10)：7-8.

[6]梁彤，綜采工作面噴霧除塵技術研究[D]．北京：北京科技大學，2003．

(收稿日期2015-12-14)

常曉偉(1987—)，男，助理工程師，274300 山東省單縣。