盧楊金

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

綜采工作面回采過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵不僅能威脅作業(yè)人員的身體健康、降低工作面的可見(jiàn)度，而且粉塵達(dá)到一定的濃度以后在外火源作用下容易發(fā)生爆炸。因此，綜采工作面回采過(guò)程中必須在產(chǎn)塵地點(diǎn)采取有效的降塵、防塵的措施，以保障安全生產(chǎn)[1-4]。

1 工作面概況

南凹寺煤業(yè)有限公司主采山西組3#煤層，目前回采30407 工作面，工作面設(shè)計(jì)可采長(zhǎng)度1390m，傾斜長(zhǎng)248～230m，工作面布置如圖1 所示。工作面煤層平均厚度6.2m，煤層呈破碎態(tài)，易揮發(fā)，發(fā)育不穩(wěn)定。工作面直接頂為泥巖-砂質(zhì)泥巖-細(xì)砂巖，平均厚度為11m；基本頂為中粒粗砂巖，平均厚度14.5m；直接底為泥巖，平均厚度為2.1m。工作面水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。工作面煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向等級(jí)為三類，不易自燃。工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為1.5～4.8m3/min，屬于煤與瓦斯突出工作面。

圖1 30407 工作面平面布置圖

30407工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝，工作面使用MG300/700-WD 型采煤機(jī)進(jìn)行割煤，SGZ830/800 刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，ZF7000/18.6/40 型的液壓支架支護(hù)頂板。

2 工作面降塵技術(shù)現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

2.1 30407 工作面降塵技術(shù)

（1）輸送機(jī)機(jī)頭和運(yùn)輸順槽噴霧灑水防塵

30407 工作面回采階段，對(duì)輸送機(jī)機(jī)頭和運(yùn)輸順槽利用加裝高壓水管?chē)婌F裝置除塵。該套除塵裝置由半徑8mm 的高壓水管、高壓噴頭、閥門(mén)等部件組合而成。噴霧設(shè)備安設(shè)在距離滾筒0.4m位置處，噴水量為0.4m3/min。輸送機(jī)需降塵時(shí)，需作業(yè)人員手動(dòng)打開(kāi)噴霧裝置。運(yùn)輸順槽每隔250m，在距離巷道頂板1m 處安設(shè)一個(gè)噴霧裝置，噴水量為0.6m3/min，整條巷道共安裝6 套噴霧裝置。

（2）煤層注水防塵

30407 工作面回采過(guò)程中，沿回風(fēng)巷道煤壁幫距離巷道頂板1.4m 處打設(shè)一排注水孔，注水鉆孔的深度為100m，孔間距為35m，采取高壓注水方式進(jìn)行鉆孔注水防塵。

（3）工作面設(shè)備噴霧灑水

30407 工作面回采過(guò)程中，每隔25 液壓支架在支架頂梁下加裝噴霧灑水設(shè)備，整個(gè)工作面共安設(shè)5 套噴霧設(shè)備。工作面進(jìn)行移架、割煤作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員手動(dòng)開(kāi)啟噴霧裝置降塵。采煤機(jī)截割部安設(shè)噴霧裝置，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行割煤時(shí)噴霧降塵。

2.2 存在的問(wèn)題分析

（1）30407 運(yùn)輸順槽兩部皮帶輸送機(jī)搭接高度為1.5m，皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度是4m/s。在兩部皮帶搭接處，原煤由于高速運(yùn)行產(chǎn)生撞擊會(huì)生產(chǎn)大量粉塵，而安裝的傳統(tǒng)噴霧裝置需要人為開(kāi)啟，自動(dòng)化程度低，降塵效果不佳。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)噴霧降塵后的粉塵濃度依然高達(dá)700mg/m3，并且由于此處經(jīng)常灑水導(dǎo)致的煤流存在較多積水，增加輸送機(jī)負(fù)荷。

（2）運(yùn)輸順槽共安設(shè)了6 套噴霧裝置，總噴水量為3.6m3/min，噴霧系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟會(huì)導(dǎo)致巷道大量積水，因此，需要設(shè)置兩個(gè)臨時(shí)水倉(cāng)對(duì)積水定期清理。

（3）回采時(shí)，30407 工作面風(fēng)量2250m3/min，運(yùn)輸巷與工作面的風(fēng)速2.8m/s。受風(fēng)速的影響，使用吊掛式噴霧裝置進(jìn)行降塵時(shí)，噴出的水霧會(huì)被風(fēng)吹散，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的降塵效果。噴霧降塵后運(yùn)輸巷和工作面的粉塵濃度經(jīng)測(cè)定分別高達(dá)720mg/m3、831mg/m3，降塵效果差。

（4）采煤機(jī)割煤時(shí)，由于落煤速度較快，在使用內(nèi)外噴霧灑水設(shè)施降塵時(shí)，對(duì)揮發(fā)性粉塵不能及時(shí)捕獲。工作面環(huán)境條件差，采煤時(shí)噴霧裝置噴頭經(jīng)常被堵住，致使降塵效果不佳?；夭蓵r(shí)采煤機(jī)切割部粉塵濃度經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)最高可達(dá)1155mg/m3，該處的能見(jiàn)度為8m。

（5）30407 工作面回采山西組3#煤層，該煤層的煤塵揮發(fā)性較高，采取傳統(tǒng)的注水不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，降塵效果不佳。

3 30407 工作面降塵技術(shù)優(yōu)化

3.1 自動(dòng)化全封閉式噴霧裝置

（1）自動(dòng)化全封閉式噴霧裝置安裝在皮帶輸送機(jī)機(jī)頭處。該裝置主要由受料平臺(tái)、全封閉式外殼、粉塵濃度檢測(cè)設(shè)備、煙霧設(shè)備、檢修門(mén)及平臺(tái)、下料口、高壓噴霧設(shè)施、200A 聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、PLC 等設(shè)備組成，該裝置示意圖如圖2 所示。裝置全封閉式外殼高×寬為1.8m×1.5m，粉塵濃度檢測(cè)設(shè)備的動(dòng)作保護(hù)值為75～160mg/m3。

圖2 自動(dòng)化全封閉式噴霧裝置示意圖

（2）在聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)作用下，粉塵濃度檢測(cè)設(shè)備和高壓噴霧裝置在輸送機(jī)負(fù)重工作時(shí)接通電源。當(dāng)粉塵濃度檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送煤矸石時(shí)的粉塵濃度高于160mg/m3時(shí)，會(huì)及時(shí)將信號(hào)傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對(duì)高壓噴霧裝置發(fā)出“開(kāi)啟”命令，而后，噴霧裝置及時(shí)噴水抑塵。該設(shè)備可以依據(jù)粉塵濃度高低自行對(duì)灑水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)檢測(cè)到粉塵濃度低于75mg/m3時(shí)，設(shè)備會(huì)再次把信號(hào)傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對(duì)高壓噴霧裝置發(fā)出“關(guān)閉”命令，裝置自動(dòng)停止工作。

（3）皮帶輸送機(jī)運(yùn)送的煤矸石在經(jīng)過(guò)該裝置收料平臺(tái)的碰撞后撞擊速度減小，且均勻轉(zhuǎn)載到下部皮帶輸送機(jī)上，經(jīng)撞擊以后的煤矸石速度減小到1.2m3/s。

3.2 自動(dòng)捕塵水幕裝置

自動(dòng)捕塵水幕裝置由水簾、過(guò)濾池、水槽、高壓噴霧設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)施、水泵、紅外線感應(yīng)設(shè)備、80A 開(kāi)關(guān)等部件構(gòu)成。設(shè)備的水泵電機(jī)、紅外感應(yīng)設(shè)備與旋轉(zhuǎn)設(shè)施均用連鎖開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)，在距離水幕14m 處安裝紅外感應(yīng)設(shè)備裝置。水幕水槽長(zhǎng)4.6m、寬0.4m、深0.6m，在巷道底板起底處安設(shè)水槽，并在水槽上方鋪設(shè)與底板平行的鋼板。為方便巷道內(nèi)的設(shè)備車(chē)輛移動(dòng)，水幕在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的作用下可以由里向外旋轉(zhuǎn)。自動(dòng)捕塵水幕裝置示意圖如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)捕塵水幕示意圖

（1）在距離30407 工作面運(yùn)輸順槽巷道開(kāi)口25m 處和工作面超前45m 處分別安裝一臺(tái)自動(dòng)捕塵水幕裝置。當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送原煤時(shí)，將裝置內(nèi)水泵電機(jī)打開(kāi)，在水簾作用下，水流會(huì)形成水幕捕塵，水流捕捉到煤塵后會(huì)進(jìn)入過(guò)濾設(shè)備里進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后的煤泥隨輸送機(jī)運(yùn)輸，而水會(huì)重新流入水槽里，實(shí)現(xiàn)循環(huán)捕塵。

（2）當(dāng)巷道內(nèi)的設(shè)備車(chē)輛移動(dòng)至紅外感應(yīng)器時(shí)，紅外線被擋，信號(hào)反饋到聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)及時(shí)將水泵電源關(guān)閉，水幕停止捕塵，同時(shí)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的電機(jī)電源接通，水幕開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，方便設(shè)備車(chē)輛經(jīng)過(guò)。待設(shè)備串車(chē)經(jīng)過(guò)自動(dòng)除塵水幕裝置后，紅外感應(yīng)設(shè)備重新接收到紅外線，將信號(hào)反饋到聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)后，會(huì)將旋轉(zhuǎn)設(shè)備電機(jī)電源關(guān)閉，同時(shí)水泵電源被接通，水幕復(fù)位并開(kāi)始捕塵。

3.3 工作面泡沫抑塵設(shè)備

30407工作面共安裝4臺(tái)MFD型泡沫抑塵設(shè)備。該設(shè)備由泡沫分配器、泡沫噴灑裝備、除塵管路、泡沫產(chǎn)生器和壓風(fēng)管路等構(gòu)成，如圖4 所示。4 臺(tái)設(shè)備分別安設(shè)在工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾、采煤機(jī)兩切割部位置。工作面生產(chǎn)時(shí)，在除塵水管中加入添加劑并接入泡沫產(chǎn)生器，在泡沫產(chǎn)生器攪拌作用下，添加劑與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成高濃度泡沫，之后通過(guò)壓風(fēng)管路的壓風(fēng)作用噴灑到塵源，達(dá)到降低工作面煤塵的目的。

圖4 泡沫抑塵設(shè)備示意圖

3.4 優(yōu)化鉆孔布置方式

為了提升煤層的濕潤(rùn)程度，達(dá)到較好的降塵效果，使用交錯(cuò)邁步的鉆孔施工方式在工作面兩巷煤壁側(cè)施工注水鉆孔。新施工鉆孔深度125m，鉆孔直徑40mm。

在回風(fēng)巷道距離工作面20m 位置施工第一個(gè)注水鉆孔，注水鉆孔距離巷道頂板1.2m。在距離第一個(gè)注水鉆孔20m 處施工第二個(gè)注水鉆孔，鉆孔距離巷道頂板2.4m。由此，在回風(fēng)巷道形成邁步式鉆孔布置形式。待回風(fēng)巷道注水鉆孔施工完成后，在運(yùn)輸巷道按照同樣的方式施工注水鉆孔，鉆孔間距20m。第一個(gè)注水鉆孔距離工作面30m，距離巷道頂板2.4m。第二個(gè)注水鉆孔距離第一個(gè)注水鉆孔20m，距離巷道頂板1.2m。由此，在運(yùn)輸巷道形成邁步式鉆孔布置形式。兩巷道煤壁注水組合成交替邁步式布置形式。

巷道注水鉆孔施工完成后，采用高壓注水的方式向鉆孔注水。單個(gè)鉆孔的注水壓力為5.0MPa，單次總注水鉆孔數(shù)量為4 個(gè)，每條巷道2 個(gè)。待工作面推進(jìn)至距離注水鉆孔10m 位置時(shí)，向第二組鉆孔進(jìn)行高壓注水。依次循環(huán)直至工作面回采完畢。

4 應(yīng)用效果分析

（1）30407 工作面運(yùn)輸順槽皮帶輸送機(jī)機(jī)頭處安裝全封閉自動(dòng)化噴霧降塵裝置后，提高了降塵的自動(dòng)化程度，且緩沖裝置緩解了輸送機(jī)煤流的碰撞速度，降低揮發(fā)性煤塵的揮發(fā)效果。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：機(jī)頭處安裝自動(dòng)化全封閉式噴霧裝置后，該處煤塵最大濃度為125mg/m3，降塵效果明顯。

（2）30407 運(yùn)輸順槽裝設(shè)自動(dòng)化捕塵水幕后，在巷道整個(gè)斷面上形成水簾捕塵。安裝使用之后，經(jīng)檢測(cè)巷道粉塵最高濃度為180mg/m3。該裝置不受巷道風(fēng)速影響，捕捉灰塵效果好，且循環(huán)使用靜壓水，避免巷道因除塵造成的積水問(wèn)題。

（3）工作面泡沫降塵設(shè)備產(chǎn)生泡沫具有顆粒較小、黏附性強(qiáng)、數(shù)量多的特點(diǎn)。使用泡沫除塵設(shè)備后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，工作面生產(chǎn)時(shí)，采煤機(jī)切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾處最高粉塵濃度為130mg/m3，該裝置有效抑制了粉塵擴(kuò)散。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)南凹寺煤業(yè)30407 工作面粉塵治理效果差的原因進(jìn)行分析，采取在工作面、運(yùn)輸順槽、皮帶輸送機(jī)機(jī)頭處改裝自動(dòng)感應(yīng)全封閉式噴霧裝置、泡沫降塵設(shè)備、自動(dòng)化捉塵水幕裝置及打設(shè)交錯(cuò)邁步注水孔等綜合降塵措施，防塵降塵效果明顯。30407 運(yùn)輸順槽皮帶輸送機(jī)搭接處最大濃度為125mg/m3，運(yùn)輸巷道粉塵最高濃度為180mg/m3。工作面生產(chǎn)時(shí)，采煤機(jī)切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾處最高粉塵濃度為130mg/m3，且工作面推進(jìn)速度提升到6m/d，提高了礦井生產(chǎn)效率。