賀振金

（同煤大唐塔山煤礦公司，山西 大同 037000）

1 工作面概況

8116 工作面位于塔山煤礦3-5#煤層，煤層平均厚度15.6 m，可利用煤層平均厚度13.8 m，綜采放頂煤一次采全高的采煤方法，采高3.8 m，放煤高度10 m，采放比1:2.63，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，采用一刀一放的放煤方式，放煤步距為0.8 m，采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。工作面通風(fēng)方式為“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)，采用2116 巷（5.3 m×3.4 m）進(jìn)風(fēng)，5116 巷回風(fēng)（4.6 m×3.4 m），8116 頂板抽放巷（3.8 m×2.95 m）封閉抽放。該工作面受煌斑巖的影響，16%的煤層為“混煤”。“混煤”以貧煤為主、無煙煤和不粘煤為輔，并含有少量硅化煤和天然焦。煤視密度平均1.46 g/cm3，煤塵有爆炸危險性。工作面參數(shù)見表1。

表1 工作面基本參數(shù)表

2 工作面原有防塵系統(tǒng)

塔山煤礦采用的除塵工藝包括灑水抑塵、噴霧除塵、煤層預(yù)注水除塵。

2.1 灑水抑塵工藝

塔山煤礦建立了完善的灑水管路系統(tǒng)，通過及時灑水沖洗巷道實施抑塵。巷道每隔50 m 安裝一個洗巷三通，對綜采工作面超前支護(hù)或開關(guān)列車往外巷道每天灑水沖洗一次；皮帶巷管路引至行人側(cè)且支管管路末端距工作面不大于50 m，對綜采工作面皮帶巷每班灑水沖洗一次。

2.2 噴霧除塵工藝

卸煤點(diǎn)、采煤機(jī)機(jī)組均安設(shè)了噴霧系統(tǒng)，卸煤時、機(jī)組割煤時開啟噴霧裝置，移架、放煤時開啟架間噴霧和放煤噴霧。設(shè)置內(nèi)噴霧壓力≥2 MPa，外噴霧壓力≥4 MPa，做到開機(jī)開水，實現(xiàn)卸煤、割煤期間的噴霧除塵工作。

2.3 煤層預(yù)注水除塵

8116 采煤工作面實施煤層預(yù)注水除塵工藝，采取先靜壓后動壓、單向多孔、近距離注水方式，每隔50 m 打一個高位孔（距離底板1.4 m），高位孔鉆孔長度為241 m，濕潤半徑10～15 m，注水壓力范圍2.5～5 MPa。

3 防塵系統(tǒng)存在問題

原有的噴霧除塵系統(tǒng)吸附除塵能力較差，經(jīng)檢測割煤機(jī)處粉塵濃度高達(dá)968 mg/m3。灑水抑塵耗水量較大，降塵后的污水滲入地下水環(huán)境，導(dǎo)致了地下水環(huán)境污染。原有的煤層預(yù)注水除塵技術(shù)由于鉆孔布置不合理造成注水效果不佳。

4 綜合防塵系統(tǒng)改進(jìn)

塔山煤礦8116 工作面從“優(yōu)化鉆孔布置+封閉除塵+水幕截塵”三個方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。其中優(yōu)化鉆孔布置通過改善煤質(zhì)含水量，從根本上減少產(chǎn)塵量；封閉除塵用于主要轉(zhuǎn)載點(diǎn)，對主要的產(chǎn)塵部位實施密閉除塵；水幕截塵是從粉塵的擴(kuò)散傳播途徑進(jìn)行粉塵治理。

4.1 優(yōu)化注水減塵工藝

8116 采煤工作面煤層原有的預(yù)注水系統(tǒng)的除塵效果較差，注水除塵效果達(dá)不到預(yù)期要求。分析其主要原因為以下三個方面：單向多孔注水不充分，注水壓力較小（2.5～5 MPa）、注入水體的滲透能力較差。優(yōu)化如下：

（1）采用交錯式鉆孔布置。在2116 進(jìn)風(fēng)巷道和5116 回風(fēng)巷道交錯布置鉆孔，鉆孔間距10 m，角度為+2.6°，孔深241 m，孔徑65 mm，在距工作面30 m 位置開孔，2116 巷和5116 巷鉆孔數(shù)量各為49 個，呈交錯邁步式布置。通過交錯式鉆孔布置極大地減小了注水孔距，煤層注水減塵效果明顯改善。

（2）調(diào)整注水壓力為8 MPa。采取9 m 長膠囊封孔器預(yù)封孔，再通過灌注水泥漿使實際封孔長度達(dá)到18 m；注水流量為134 L/min，注水壓力為8 MPa。

（3）添加降塵劑。為提高注水溶液的滲透能力，提高煤層注水水分含量，改善注水抑塵效果，在注水工藝中添加降塵劑。由GZJ-02 型管道自動加液混合裝置在注水過程中添加。

通過交錯式鉆孔布置縮短了注水孔孔距，注水壓力大提高改進(jìn)了水體的擴(kuò)散能力，降塵劑的添加實現(xiàn)水體滲透能力的改善，該三個改進(jìn)措施有效改善了注水效果，實現(xiàn)了工作面高位鉆孔的單孔注水量為870 t，單孔注水天數(shù)為22 d。注水后煤體中水分含量＞4%，煤層含水量顯著提高，煤層的產(chǎn)塵量顯著減低。

4.2 主要產(chǎn)塵點(diǎn)實行封閉除塵

主要產(chǎn)塵點(diǎn)安設(shè)封閉除塵系統(tǒng)，從根本上減少主要產(chǎn)塵部位的粉塵產(chǎn)生量。以8116 工作面運(yùn)輸順槽2#皮帶運(yùn)輸機(jī)某個轉(zhuǎn)載點(diǎn)為例進(jìn)行介紹，封閉除塵系統(tǒng)如圖1。該裝置的主要系統(tǒng)包括封閉外殼、粉塵濃度檢測系統(tǒng)、自動灑水除塵系統(tǒng)。自動灑水裝置需滿足開機(jī)開水，設(shè)施安裝位置必須正確，出水暢通，流量滿足，降塵效果好，噴霧灑水必須噴灑在落煤點(diǎn)上，各轉(zhuǎn)載點(diǎn)和破碎機(jī)至少安裝一套自動灑水裝置，轉(zhuǎn)載點(diǎn)落差大于0.5 m 時，必須安裝導(dǎo)流槽。

圖1 運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)封閉防塵裝置示意圖

產(chǎn)塵點(diǎn)安設(shè)的封閉除塵系統(tǒng)設(shè)置了檢測參數(shù)加權(quán)平均容許濃度（PC－TWA）。當(dāng)PC－TWA＜4 mg/m3時，自動灑水除塵系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)PC－TWA ≥4 mg/m3時，自動灑水除塵系統(tǒng)自動開啟進(jìn)行降塵。該系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)主要產(chǎn)塵點(diǎn)的自動除塵，有效減少了主要產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵量。

4.3 安設(shè)凈化水幕截塵裝置

為增強(qiáng)除塵效果，在采煤工作面距上下順槽巷每隔500 m 設(shè)置1 道凈化水幕，隨采隨移，凈化水幕覆蓋全斷面。2116 巷距繞道口50 m 范圍內(nèi)設(shè)置1 道凈化水幕，距工作面100～150 m 范圍內(nèi)設(shè)置1道凈化水幕；5116 巷距工作面50 m 處設(shè)置1 道凈化水幕，距回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道50 m 處設(shè)置1 道凈化水幕。凈化水幕截塵裝置主要部件包括旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、紅外線控制系統(tǒng)、水幕噴射系統(tǒng)、粉塵過濾沉降系統(tǒng)，布置形式如圖2。

圖2 凈化水幕截塵裝置示意圖

（1）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和紅外線控制系統(tǒng)：用于控制凈化水幕的開啟與關(guān)閉，該水幕在工作面生產(chǎn)期間處于關(guān)閉狀態(tài)。運(yùn)輸機(jī)設(shè)備行駛到該地點(diǎn)時通過紅外線控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)水幕的啟閉，實現(xiàn)水幕自動除塵。

（2）水幕噴射系統(tǒng)：由頂部的高壓噴頭、輸送機(jī)通道水簾組成。在水幕正常工作狀態(tài)下，該系統(tǒng)通過噴射高壓水形成水幕，在輸送機(jī)通道頂部形成水簾進(jìn)行捕塵，有效切斷了粉塵的擴(kuò)散途徑。

（3）粉塵過濾沉降系統(tǒng)：由沉降水槽、過濾池、水泵組成。凈化水幕捕塵沖刷至沉降水槽進(jìn)行預(yù)沉淀，預(yù)沉淀后的清水經(jīng)水泵抽至高壓水管實現(xiàn)水源二次利用，預(yù)沉淀后的煤泥經(jīng)過二次沉淀后混入輸送機(jī)實現(xiàn)回收。該系統(tǒng)實現(xiàn)除塵水源的二次利用，減少了除塵水源的浪費(fèi)，并且粉塵煤泥直接進(jìn)行回收利用。

5 應(yīng)用效果分析

為檢測綜合防塵系統(tǒng)改進(jìn)效果，塔山煤礦利用現(xiàn)有的粉塵傳感器，監(jiān)測分析工作面粉塵濃度情況，檢測結(jié)果顯示：

（1）8116 工作面運(yùn)輸順槽2#皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)實行封閉除塵措施后，該地點(diǎn)粉塵的加權(quán)平均容許濃度為4.5 mg/m3。該地點(diǎn)的粉塵得以有效控制，降塵作用明顯。

（2）8116 工作面巷道粉塵最高濃度降低為16.68 mg/m3，凈化水幕截塵裝置有效截止了粉塵的擴(kuò)散傳播途徑。

6 結(jié)論

塔山煤礦采取的“優(yōu)化鉆孔布置+封閉除塵+水幕截塵”三個方面的降塵措施，分別從改善煤質(zhì)含水量、源頭控制產(chǎn)塵量、切斷粉塵的擴(kuò)散傳播途徑三個方向進(jìn)行粉塵治理。應(yīng)用效果表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)巷道粉塵最高濃度降低為16.68 mg/m3，有效實現(xiàn)防塵治理。