宋明江

(中國煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

對于綜采遺留大量煤柱、邊角煤、不規(guī)則塊段、“三下”壓煤等煤炭資源，連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)因其具有采掘合一、機(jī)動(dòng)靈活、投資少、見效快、適應(yīng)范圍廣、安全高效等特點(diǎn)，與綜采長壁形成了有效的互補(bǔ)作業(yè)，同時(shí)針對中小煤礦機(jī)械化升級改造，連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)也可作為主要采煤技術(shù)應(yīng)用。然而，連續(xù)采煤機(jī)因其工作效率高，產(chǎn)塵量大，受開采區(qū)域地質(zhì)條件及開采工藝等因素限制，工作面較難構(gòu)成完整通風(fēng)系統(tǒng)，給工作面粉塵防治帶來一定困難。工作面粉塵濃度較大，不但會(huì)阻擋司機(jī)視線，影響巷道成型質(zhì)量，而且會(huì)對作業(yè)人員的身體健康造成危害，同時(shí)帶來安全隱患，因此，必須加強(qiáng)對工作面粉塵的控制。

1 連續(xù)采煤機(jī)短壁工作面粉塵來源

連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采的實(shí)質(zhì)是從順槽掘支巷形成回收區(qū)段，然后在支巷內(nèi)連續(xù)采煤機(jī)雙翼或單翼斜切進(jìn)刀回收煤柱。煤柱回收后，頂板類似長壁工作面頂板冒落，使煤房、煤柱的回采避開支承壓力高峰區(qū)。其主要工藝可概括為：巷道掘進(jìn)和煤柱回收。連續(xù)采煤機(jī)開采的成套設(shè)備以連續(xù)采煤機(jī)為主體，配套梭車(連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng))、破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、鏟車和錨桿鉆車等，如圖1所示。

圖1 連續(xù)采煤機(jī)短壁工作面成套設(shè)備

通過長期的現(xiàn)場跟蹤調(diào)研和數(shù)據(jù)測量，對一些煤礦連續(xù)采煤機(jī)工作面粉塵濃度做如下記錄：大柳塔煤礦平均總粉塵濃度60～100 mg/m3，呼吸性粉塵濃度6 mg/m3；王家?guī)X煤礦平均總粉塵濃度100～150 mg/m3，呼吸性粉塵濃度7 mg/m3；補(bǔ)連塔煤礦平均總粉塵濃度75～115 mg/m3，呼吸性粉塵濃度6.5 mg/m3。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和現(xiàn)場作業(yè)流程觀察，可以確定現(xiàn)場主要的產(chǎn)塵環(huán)節(jié)如下。

1) 割煤。割煤過程中連續(xù)采煤機(jī)截齒與煤壁的碰撞、碾壓和摩擦產(chǎn)生大量的煤塵，占粉塵總量的80%以上。

2) 轉(zhuǎn)載。連續(xù)采煤機(jī)機(jī)尾輸送帶與破碎機(jī)料斗轉(zhuǎn)載處及剛性架膠帶與膠帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)的破碎煤拋落過程也會(huì)產(chǎn)生煤塵。轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)處由于物料運(yùn)動(dòng)而激起的紊亂氣流(輸送帶牽引流、誘導(dǎo)空氣流和剪切壓縮氣流)使得吸附在煤塊上的細(xì)小煤粉四處飄揚(yáng)，成為主要產(chǎn)塵點(diǎn)。

3) 鉆眼。錨桿支護(hù)過程中也會(huì)產(chǎn)生粉塵，特別是剛開始釬桿鉆孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。

《煤炭安全規(guī)程》對作業(yè)場所空氣中粉塵(總粉塵、呼吸性粉塵)濃度做出明確要求[1],如表1所示。由表1可知，現(xiàn)場粉塵數(shù)據(jù)遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對工作面粉塵進(jìn)行防治控制。

2 連續(xù)采煤機(jī)工作面粉塵濃度影響因素及控塵措施

連續(xù)采煤機(jī)短壁工作面粉塵濃度主要影響因素可總結(jié)歸納為幾個(gè)方面： 煤層賦存條件； 巷道通風(fēng)條件及巷道噴霧條件； 連續(xù)采煤機(jī)機(jī)載噴霧系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)條件； 工作面運(yùn)輸設(shè)備、破碎設(shè)備起塵程度等。

表1 作業(yè)場所空氣中粉塵濃度要求

注：時(shí)間加權(quán)平均容許濃度是以時(shí)間加權(quán)數(shù)規(guī)定的8 h工作日、40 h工作周的平均容許接觸濃度。

因煤層賦存條件是不可挑選和改變的外部環(huán)境，剩余因素是工作面控塵效果和粉塵濃度影響至關(guān)重要的因素，故做好連采工作面粉塵控制的工作，必須從這以下方面入手。

2.1 連續(xù)采煤機(jī)短壁工作面開采工藝及通風(fēng)

通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是短壁開采實(shí)現(xiàn)安全高效的關(guān)鍵，受開采區(qū)域地質(zhì)條件及開采巷道和采硐的布置方式限制，短壁開采工作面通常較難構(gòu)成完整的通風(fēng)系統(tǒng)，主要采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，采硐回采過程中利用連續(xù)采煤機(jī)機(jī)載除塵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采硐內(nèi)通風(fēng)。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，目前我國連續(xù)采煤機(jī)短壁開采工作面通常采用局部通風(fēng)結(jié)合礦井全風(fēng)壓進(jìn)行供風(fēng)，工作面主輔運(yùn)輸巷利用礦井全風(fēng)壓通風(fēng)，支巷利用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，如圖2所示。采用雙翼斜切進(jìn)刀頂板全部垮落法開采，采用全風(fēng)壓通風(fēng)。各支巷間風(fēng)流采用擋風(fēng)簾控風(fēng)，將新鮮風(fēng)流調(diào)整到回采巷道內(nèi)，以滿足生產(chǎn)作業(yè)需要。

另外，凈化水幕的設(shè)置也能起到防塵控塵效果，具體操作如下[2]。

圖2 連采短壁工作面開采全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)

1) 在距巷道開口處10～15 m安裝一道凈化水幕，距工作面迎頭20～30 m安裝一道凈化水幕，并隨工作面推進(jìn)而移動(dòng)。為保證水幕降塵效果，采用雙管路噴霧水幕系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中，做到“開機(jī)開水、停機(jī)停水”。

2) 凈化水幕連接有閥門，閥門位置位于噴霧的上風(fēng)側(cè)以方便操作，閥門及所有連接處要防止有流線性漏水。

3) 凈化水幕水管長度要達(dá)到水幕可覆蓋全斷面，安裝在距離頂板不超過20 cm的位置，保證水管噴嘴霧化效果。

4) 噴嘴方向與風(fēng)流方向成45°，且與風(fēng)流方向相反。

5) 定時(shí)對巷道進(jìn)行沖洗和灑水降塵。

2.2 連續(xù)采煤機(jī)機(jī)載噴霧系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)

《煤礦安全規(guī)程》中指出：“掘進(jìn)機(jī)、掘錨一體機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)時(shí)，均應(yīng)配置內(nèi)噴霧裝置”[1]，如圖3所示。

圖3 連續(xù)采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)效果

國內(nèi)現(xiàn)有連續(xù)采煤機(jī)通常在截割部位裝設(shè)噴霧塊實(shí)現(xiàn)噴霧降塵。以國產(chǎn)EML340型連續(xù)采煤機(jī)為例，截割部設(shè)有7個(gè)噴霧塊，共24個(gè)噴嘴，噴嘴直徑為1.4 mm，其中左右截割滾筒各設(shè)置4個(gè)，中間滾筒設(shè)置4個(gè)，左右截割臂兩側(cè)各設(shè)置3個(gè)，鏟板兩側(cè)各設(shè)置3個(gè)。外噴霧系統(tǒng)供水壓力不小于4 MPa，流量不低于100 L/min。

掘進(jìn)類設(shè)備的內(nèi)噴霧技術(shù)是指噴霧用水經(jīng)過截割頭或截割滾筒的內(nèi)部流道，水霧從旋轉(zhuǎn)的截割頭或截割滾筒上的噴嘴噴出，起到滅塵、消除火花、提高截齒壽命的作用。以國產(chǎn)EML340型連續(xù)采煤機(jī)為例，截割部設(shè)備內(nèi)噴霧裝置，共計(jì)32個(gè)截齒齒座設(shè)置噴霧噴嘴，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)噴霧，呈210°扇面向前噴灑。內(nèi)噴霧系統(tǒng)供水壓力不小于2 MPa，流量不低于100 L/min。上述內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)在最佳工作狀態(tài)下，可有效降低截割過程中產(chǎn)生的粉塵濃度，保證工作面作業(yè)環(huán)境安全。

為加強(qiáng)工作面粉塵控制，連續(xù)采煤機(jī)采用機(jī)載除塵系統(tǒng)，對工作面含塵氣流實(shí)行強(qiáng)制性吸出，配合工作面壓入式通風(fēng)組成集塵系統(tǒng)，形成有效的控塵效果。連續(xù)采煤機(jī)機(jī)載濕式除塵系統(tǒng)由除塵風(fēng)箱、噴霧桿、過濾器、水滴分離器、泥漿泵和風(fēng)機(jī)組成，如圖4所示。工作時(shí)，風(fēng)機(jī)負(fù)壓將含塵空氣從吸塵風(fēng)箱吸入，經(jīng)噴霧桿噴嘴形成的水幕，使空氣中的粉塵顆粒濕潤，經(jīng)過濾網(wǎng)將較大顆粒的粉塵阻擋下來，濕潤的含塵氣流再進(jìn)入水滴分離器。水滴分離器的作用是將吸進(jìn)來的介質(zhì)重新與水分離，被分離出來的介質(zhì)匯集到位于水滴分離器下方的污物槽，然后由泥漿泵排至連續(xù)采煤機(jī)運(yùn)輸部，隨煤一起運(yùn)出，過濾后的空氣由風(fēng)機(jī)向連續(xù)采煤機(jī)后部排出。連續(xù)采煤機(jī)機(jī)載濕式除塵系統(tǒng)結(jié)合巷道通風(fēng)系統(tǒng)匹配使用，連續(xù)采煤機(jī)工作面粉塵控制效果能夠達(dá)到99%以上。

圖4 連續(xù)采煤機(jī)濕式除塵系統(tǒng)

2.3 工作面運(yùn)輸設(shè)備及破碎設(shè)備控塵措施[2]

1)轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧。運(yùn)輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)載點(diǎn)必須設(shè)置噴霧設(shè)施，連接噴嘴時(shí)，必須連接閥門，接口處不得有流線性漏水，閥門必須安裝在人行道側(cè)。噴嘴高度安裝在距轉(zhuǎn)載點(diǎn)40～50cm處，噴嘴中心方向與水平方向成30°～45°，所有噴霧呈霧狀。帶式輸送機(jī)機(jī)頭處必須設(shè)置專門的滅火閥門、變頭及灑水軟管。

2) 濕式鉆眼作業(yè)。 工作面在鉆眼過程中，將壓力水接入鉆眼設(shè)備，保持水路暢通，使水充滿孔底以濕潤、沖洗和排除產(chǎn)生的鉆屑、粉塵。

3) 凈化水幕。在距巷道開口處10～15 m處安裝一道凈化水幕，距工作面迎頭20～30 m處安裝一道凈化水幕，并隨工作面的推進(jìn)而移動(dòng)。

3 結(jié)論

隨著連續(xù)采煤機(jī)及連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)的研究深入及其在我國煤礦全面推進(jìn)，技術(shù)不斷進(jìn)步，工藝不斷完善。連續(xù)采煤機(jī)設(shè)置相關(guān)機(jī)載除塵系統(tǒng)和內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)，對工作面降塵、控塵起到重要作用。短壁開采工藝的發(fā)展和完善，使井下連續(xù)采煤機(jī)成套設(shè)備開采體系更加科學(xué)、安全，全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)的建立，為井下瓦斯防治、粉塵防治構(gòu)建了安全保障體系?？傊?，實(shí)踐證明，連續(xù)采煤機(jī)短壁開采工作面的粉塵防治控制，取得明顯效果。工作面粉塵防治控制對連續(xù)采煤機(jī)短壁開采的推廣應(yīng)用和安全、高效、綠色健康發(fā)展有著重要意義。