薛志興

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

隨著煤礦機(jī)械化水平的不斷提高，礦井的開采方法和采煤工藝向著高效、集約化發(fā)展，大大提高了煤礦生產(chǎn)效率和效益，但同時(shí)也給煤礦帶來了粉塵產(chǎn)生量增加，導(dǎo)致粉塵危害日益嚴(yán)重。以王莊煤礦9105采煤工作面為研究背景，采取煤層注水、采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵、架間擋塵裝置、紅外線傳感技術(shù)自動(dòng)控制綜放面噴霧裝置、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)噴霧降塵、風(fēng)流凈水噴霧降塵及全程粉塵監(jiān)測等技術(shù)方法，對工作面粉塵進(jìn)行綜合治理，并對降塵效果進(jìn)行考察，形成一套適合該工作面實(shí)際的粉塵治理技術(shù)體系，也為其他綜放工作面粉塵治理提供參考。

1 工作面概況

王莊煤礦9105綜采工作面主要開采3#煤層，煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ級(jí)，不易自燃，地溫、地壓正常，無沖擊地壓現(xiàn)象。運(yùn)巷長3300m，風(fēng)巷長3394m，工作面切眼長340m，煤層總厚6.5m，容重為1.43t/m3。采煤工藝主要采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤全部垮落法管理頂板（綜采放頂煤）。工作面礦塵以煤塵為主，SiO2含量為4.83%～7.66%，均小于10%；粉塵分散度＜5μm占70%左右，5～10μm占17%左右，≥10μm占13%，大部分屬可吸入人體的呼吸性粉塵。實(shí)測綜采工作面的總粉塵濃度平均為600mg/m3，最高可達(dá)1000mg/m3，高粉塵濃度嚴(yán)重制約著職工作業(yè)環(huán)境改善和安全高效開采，因此，必須采取切實(shí)可行的粉塵治理技術(shù)和方法保障礦井安全高效開采。

2 粉塵綜合治理技術(shù)應(yīng)用

2.1 煤層注水技術(shù)

煤層注水是綜采放頂煤工作面綜合防塵的主要措施之一，是通過鉆孔，用壓力水濕潤尚未開采的煤體，使煤體釆前得到充分預(yù)先濕潤，增加煤體的水分，在生產(chǎn)過程中大大減少或基本抑制浮游粉塵的產(chǎn)生，達(dá)到了減少煤塵飛揚(yáng)和源頭降塵的目的[2]。

通過實(shí)驗(yàn)室測定，3號(hào)煤層孔隙率為4.83%，原煤水分值為0.95%，工作面需采取煤層注水防塵措施。根據(jù)工作面實(shí)際情況，9105工作面煤層注水方式采用距工作面20～50m已回收的運(yùn)巷、風(fēng)巷向工作面打設(shè)的采前預(yù)抽孔，每間隔10m選取1個(gè)抽采鉆孔進(jìn)行注水，使用3BZQ-20/15煤層氣動(dòng)注水泵向煤層注水的雙向長鉆孔采前注水方式，注水鉆孔深度180m，封孔采用水泥砂漿進(jìn)行封孔，封孔深度為20m，鉆孔間距為10m，注水壓力控制在10MPa，單孔注水量為562m3，水分增加率可達(dá)到2%～3%。實(shí)施注水后，工作面粉塵濃度可下降80%～90%。具體注水系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 注水系統(tǒng)布置示意圖

2.2 采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)

采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)主要利用設(shè)置在工作面運(yùn)巷車場內(nèi)的高壓泵站,將靜壓水管中的靜壓水轉(zhuǎn)化成高壓水，并通過沿運(yùn)巷敷設(shè)的高壓軟管輸送至安裝在采煤機(jī)兩端頭上的負(fù)壓二次除塵裝置，負(fù)壓二次除塵裝置將供給的高壓水，轉(zhuǎn)化成控制采煤機(jī)滾筒割煤產(chǎn)塵源向外擴(kuò)散的汽霧流屏障和局部含塵氣流凈化系統(tǒng)。高壓汽霧流屏障可阻止和減少粉塵向外擴(kuò)散，并且進(jìn)行凈化；局部含塵氣流凈化系統(tǒng)可將采煤機(jī)兩端頭除塵裝置噴出高壓水的同時(shí)，將煤塵吸到裝置附近就地凈化，從而實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)滾筒割煤產(chǎn)塵負(fù)壓二次降塵的目的[3]，具體安裝布置如圖2。通過長時(shí)間監(jiān)測結(jié)果顯示，司機(jī)操作地點(diǎn)、機(jī)組下風(fēng)側(cè)等測點(diǎn)粉塵濃度可下降85%～90%，使得綜采工作面空間內(nèi)粉塵濃度顯著降低。

圖2 負(fù)壓二次除塵裝置在采煤機(jī)上的安裝布置示意圖

2.3 架間擋塵裝置技術(shù)

綜采工作面架間擋塵裝置，主要采用“U”形盒接煤，再將盒內(nèi)煤粉清除的方法。清煤采用高壓水沖洗裝置，高壓水沖洗裝置噴出高壓水，把“U”形接煤槽內(nèi)煤塵沖走，能夠有效地阻擋落架和移架時(shí)的煤塵，改善作業(yè)人員工作環(huán)境，提高工作效率，具有安裝簡單、降塵效率高的優(yōu)點(diǎn)[4]。具體安裝布置如圖3。

圖3 架間擋塵裝置安裝布置示意圖

2.4 紅外線傳感技術(shù)自動(dòng)控制綜放面噴霧裝置

應(yīng)用紅外線傳感技術(shù)自動(dòng)控制綜放面噴霧裝置技術(shù)，不僅簡化了噴霧系統(tǒng)控制回路，提高工作可靠性，還減少了日常的維護(hù)和維修工作量。采用紅外線探頭監(jiān)控支架工的移架和放煤操作，通過線路控制電磁閥的啟閉使架間噴霧同步工作。在回風(fēng)巷中應(yīng)用紅外線后方散射光方式的原理設(shè)計(jì)的紅外線粉塵傳感器自動(dòng)控制回風(fēng)巷霧幕的工作，設(shè)定粉塵濃度的比較值，當(dāng)粉塵濃度傳感器探頭探測回風(fēng)巷的粉塵濃度大于比較值時(shí)，控制霧幕噴霧降塵；當(dāng)回風(fēng)巷的粉塵濃度低于比較值時(shí)，控制霧幕自動(dòng)停止工作，實(shí)現(xiàn)了綜采面自動(dòng)滅塵的目的，可取代手動(dòng)噴霧降塵的模式[5]。

2.5 轉(zhuǎn)載運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)

針對采煤工作面的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸部位過程中產(chǎn)生的懸浮粉塵，主要利用密閉噴霧及觸控自動(dòng)噴霧進(jìn)行治理，能將運(yùn)輸落煤粉塵控制在一定區(qū)域，提高噴霧降塵效果。

2.6 風(fēng)流凈水噴霧降塵技術(shù)

在進(jìn)風(fēng)巷距車場口往里10～15m、距工作面30～50m各設(shè)一道凈化水幕，在回風(fēng)巷距工作面30～50m內(nèi)設(shè)兩道凈化水幕（含一道水幕捕塵網(wǎng)），凈化水幕及水幕捕塵網(wǎng)要隨采煤工作面推進(jìn)及時(shí)移至規(guī)定距離。捕塵網(wǎng)安設(shè)在凈化水幕上風(fēng)側(cè)300mm處，捕塵網(wǎng)濾網(wǎng)孔徑選擇在8～20目范圍內(nèi)，捕塵網(wǎng)要求能覆蓋全斷面且不能積塵，每次割煤、出煤后先用長材工具打網(wǎng)，然后用水沖捕塵網(wǎng)上積塵，保證捕塵網(wǎng)上無煤塵堆積。

2.7 全程粉塵監(jiān)測

安排專職測塵員，對綜采工作面司機(jī)操作采煤機(jī)位、放煤作業(yè)地點(diǎn)、移架作業(yè)地點(diǎn)、回風(fēng)巷距工作面10～15m處、轉(zhuǎn)載點(diǎn)下風(fēng)側(cè)等產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵濃度進(jìn)行檢測，總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度檢測次數(shù)每月兩次，每三個(gè)月對各崗位工種進(jìn)行一次全工作班連續(xù)粉塵測定，并對工作面粉塵分散度和粉塵中游離二氧化硅含量每6個(gè)月測定一次。同時(shí)，完善粉塵濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，綜放工作面必須安裝粉塵濃度傳感器，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，通過各產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵濃度監(jiān)測分析，及時(shí)完善各類防塵措施，保證措施有效。

3 粉塵綜合治理效果

綜放工作面通過實(shí)施煤層注水、采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵、架間擋塵裝置、紅外線傳感技術(shù)自動(dòng)控制綜放面噴霧裝置、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)噴霧降塵、風(fēng)流凈水噴霧降塵、全程粉塵監(jiān)測等粉塵綜合治理技術(shù)，工作面各產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵濃度均有較大幅度的下降。采煤機(jī)司機(jī)位全塵濃度由原來的980mg/m3降為171mg/m3，降塵效率達(dá)82.55%，呼塵濃度由原來的340mg/m3降為62mg/m3，降塵效率達(dá)81.76%；多工序時(shí)回風(fēng)巷距工作面15m處全塵濃度由原來的320mg/m3降為58mg/m3，降塵效率達(dá)81.87%，呼塵濃度由原來的110mg/m3降為18mg/m3，降塵效率達(dá)83.63%。礦井粉塵得到了有效控制，降低了煤礦粉塵對作業(yè)人員的危害，為一線職工創(chuàng)造安全、健康的生產(chǎn)環(huán)境，杜絕職業(yè)病危害，對促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)有著重要意義。