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，綜采工作面回采過程中必須在產(chǎn)塵地點采取有效的降塵、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)計可采長度1390m，傾斜長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)條件簡單。工作面煤塵具有爆炸危險性，煤層自燃傾向等級為三類，不易自燃。工作面瓦斯絕對涌出量為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工作面采用綜合機械化放頂煤采煤工藝，工作面使用MG300/700-WD 型采煤機進(jìn)行割煤，SGZ830/800 刮板輸送機運煤，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)狀及問題分析

2.1 30407 工作面降塵技術(shù)

（1）輸送機機頭和運輸順槽噴霧灑水防塵

30407 工作面回采階段，對輸送機機頭和運輸順槽利用加裝高壓水管噴霧裝置除塵。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。輸送機需降塵時，需作業(yè)人員手動打開噴霧裝置。運輸順槽每隔250m，在距離巷道頂板1m 處安設(shè)一個噴霧裝置，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，作業(yè)人員手動開啟噴霧裝置降塵。采煤機截割部安設(shè)噴霧裝置，當(dāng)采煤機運行割煤時噴霧降塵。

2.2 存在的問題分析

（1）30407 運輸順槽兩部皮帶輸送機搭接高度為1.5m，皮帶輸送機運行速度是4m/s。在兩部皮帶搭接處，原煤由于高速運行產(chǎn)生撞擊會生產(chǎn)大量粉塵，而安裝的傳統(tǒng)噴霧裝置需要人為開啟，自動化程度低，降塵效果不佳。經(jīng)現(xiàn)場檢測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，增加輸送機負(fù)荷。

（2）運輸順槽共安設(shè)了6 套噴霧裝置，總噴水量為3.6m3/min，噴霧系統(tǒng)長時間開啟會導(dǎo)致巷道大量積水，因此，需要設(shè)置兩個臨時水倉對積水定期清理。

（3）回采時，30407 工作面風(fēng)量2250m3/min，運輸巷與工作面的風(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，噴出的水霧會被風(fēng)吹散，無法實現(xiàn)預(yù)期的降塵效果。噴霧降塵后運輸巷和工作面的粉塵濃度經(jīng)測定分別高達(dá)720mg/m3、831mg/m3，降塵效果差。

（4）采煤機割煤時，由于落煤速度較快，在使用內(nèi)外噴霧灑水設(shè)施降塵時，對揮發(fā)性粉塵不能及時捕獲。工作面環(huán)境條件差，采煤時噴霧裝置噴頭經(jīng)常被堵住，致使降塵效果不佳。回采時采煤機切割部粉塵濃度經(jīng)現(xiàn)場檢測最高可達(dá)1155mg/m3，該處的能見度為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 自動化全封閉式噴霧裝置

（1）自動化全封閉式噴霧裝置安裝在皮帶輸送機機頭處。該裝置主要由受料平臺、全封閉式外殼、粉塵濃度檢測設(shè)備、煙霧設(shè)備、檢修門及平臺、下料口、高壓噴霧設(shè)施、200A 聯(lián)鎖開關(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，粉塵濃度檢測設(shè)備的動作保護(hù)值為75～160mg/m3。

圖2 自動化全封閉式噴霧裝置示意圖

（2）在聯(lián)鎖開關(guān)作用下，粉塵濃度檢測設(shè)備和高壓噴霧裝置在輸送機負(fù)重工作時接通電源。當(dāng)粉塵濃度檢測設(shè)備檢測皮帶輸送機運送煤矸石時的粉塵濃度高于160mg/m3時，會及時將信號傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對高壓噴霧裝置發(fā)出“開啟”命令，而后，噴霧裝置及時噴水抑塵。該設(shè)備可以依據(jù)粉塵濃度高低自行對灑水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)檢測到粉塵濃度低于75mg/m3時，設(shè)備會再次把信號傳遞到PLC 控制器，PLC 控制器做出判斷，對高壓噴霧裝置發(fā)出“關(guān)閉”命令，裝置自動停止工作。

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

3.2 自動捕塵水幕裝置

自動捕塵水幕裝置由水簾、過濾池、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 開關(guān)等部件構(gòu)成。設(shè)備的水泵電機、紅外感應(yīng)設(shè)備與旋轉(zhuǎn)設(shè)施均用連鎖開關(guān)控制開關(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)備車輛移動，水幕在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的作用下可以由里向外旋轉(zhuǎn)。自動捕塵水幕裝置示意圖如圖3 所示。

圖3 自動捕塵水幕示意圖

（1）在距離30407 工作面運輸順槽巷道開口25m 處和工作面超前45m 處分別安裝一臺自動捕塵水幕裝置。當(dāng)皮帶輸送機運送原煤時，將裝置內(nèi)水泵電機打開，在水簾作用下，水流會形成水幕捕塵，水流捕捉到煤塵后會進(jìn)入過濾設(shè)備里進(jìn)行過濾，過濾后的煤泥隨輸送機運輸，而水會重新流入水槽里，實現(xiàn)循環(huán)捕塵。

（2）當(dāng)巷道內(nèi)的設(shè)備車輛移動至紅外感應(yīng)器時，紅外線被擋，信號反饋到聯(lián)鎖開關(guān)，開關(guān)及時將水泵電源關(guān)閉，水幕停止捕塵，同時旋轉(zhuǎn)設(shè)備的電機電源接通，水幕開始旋轉(zhuǎn)，方便設(shè)備車輛經(jīng)過。待設(shè)備串車經(jīng)過自動除塵水幕裝置后，紅外感應(yīng)設(shè)備重新接收到紅外線，將信號反饋到聯(lián)鎖開關(guān)后，會將旋轉(zhuǎn)設(shè)備電機電源關(guān)閉，同時水泵電源被接通，水幕復(fù)位并開始捕塵。

3.3 工作面泡沫抑塵設(shè)備

30407工作面共安裝4臺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 臺設(shè)備分別安設(shè)在工作面刮板輸送機機頭和機尾、采煤機兩切割部位置。工作面生產(chǎn)時，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程度，達(dá)到較好的降塵效果，使用交錯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 位置施工第一個注水鉆孔，注水鉆孔距離巷道頂板1.2m。在距離第一個注水鉆孔20m 處施工第二個注水鉆孔，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，在運輸巷道按照同樣的方式施工注水鉆孔，鉆孔間距20m。第一個注水鉆孔距離工作面30m，距離巷道頂板2.4m。第二個注水鉆孔距離第一個注水鉆孔20m，距離巷道頂板1.2m。由此，在運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。單個鉆孔的注水壓力為5.0MPa，單次總注水鉆孔數(shù)量為4 個，每條巷道2 個。待工作面推進(jìn)至距離注水鉆孔10m 位置時，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 工作面運輸順槽皮帶輸送機機頭處安裝全封閉自動化噴霧降塵裝置后，提高了降塵的自動化程度，且緩沖裝置緩解了輸送機煤流的碰撞速度，降低揮發(fā)性煤塵的揮發(fā)效果。經(jīng)現(xiàn)場檢測：機頭處安裝自動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 運輸順槽裝設(shè)自動化捕塵水幕后，在巷道整個斷面上形成水簾捕塵。安裝使用之后，經(jīng)檢測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、數(shù)量多的特點。使用泡沫除塵設(shè)備后，經(jīng)過現(xiàn)場檢測，工作面生產(chǎn)時，采煤機切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機機頭、機尾處最高粉塵濃度為130mg/m3，該裝置有效抑制了粉塵擴散。

5 結(jié)論

通過對南凹寺煤業(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、運輸順槽、皮帶輸送機機頭處改裝自動感應(yīng)全封閉式噴霧裝置、泡沫降塵設(shè)備、自動化捉塵水幕裝置及打設(shè)交錯邁步注水孔等綜合降塵措施，防塵降塵效果明顯。30407 運輸順槽皮帶輸送機搭接處最大濃度為125mg/m3，運輸巷道粉塵最高濃度為180mg/m3。工作面生產(chǎn)時，采煤機切割部的粉塵濃度最高為210mg/m3，刮板輸送機機頭、機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。