王建剛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)首陽煤礦， 山西 晉城 048000）

引言

在煤礦井下開采的過程中由于受到回采工作面、防塵技術(shù)等限制，在綜采工作面采煤機(jī)以及順槽時(shí)會產(chǎn)生較多的粉塵，不僅對工作人員的健康帶來危害，而且一定的空間內(nèi)粉塵過高時(shí)，極易引起粉塵爆炸。對于煤礦使用的噴水降塵的方式，由于水霧顆粒吸附粉塵能力比較小，因此其在降塵方面效果不理想。同時(shí)選用噴霧降塵的過程中，對造成靜壓水的浪費(fèi)。因此，以首陽煤礦15202 工作面為例，針對遇到的情況采用有效地措施進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而提出有效地降塵措施，同時(shí)在工程實(shí)踐的過程中得到應(yīng)用。

1 15202 工作面概況

探究的對象為15202 工作面，其位于二采區(qū)北部，在東部位置設(shè)置15202 進(jìn)風(fēng)順槽，同時(shí)設(shè)置有20 m 的保安煤柱。在西部位置設(shè)置有15202 回風(fēng)順槽，同時(shí)設(shè)置有20 m 的保安煤柱。從北面到井田位置為可采邊界。南面位置區(qū)域與采取輔助運(yùn)輸巷相連接。15202 工作面總長度設(shè)定為796 m，相應(yīng)的傾向長度設(shè)定為199 m，對應(yīng)的5 號煤層厚度在4.5 m附近波動，夾矸石為1～2 層，其中層的厚度在0.2～0.5 m 的范圍。經(jīng)過對順槽掘進(jìn)工作情況進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)，矸石厚度在某些地面變換比較大，厚度可能增加到1.8 m，并且煤層存在爆炸的可能性。

在15202 工作面進(jìn)行開采時(shí)，選用機(jī)械化采煤工藝，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該煤層不穩(wěn)定，存在厚度變化較大，導(dǎo)致煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)而在回采工藝，采煤與放煤時(shí)都會產(chǎn)生較大的濃度，同時(shí)受到工作面U 型通風(fēng)影響導(dǎo)致在順槽過程中出現(xiàn)較高的粉塵濃度，與此同時(shí)隨著新鮮空的混入，將會出現(xiàn)工作面能見度低的現(xiàn)象，對安全施工產(chǎn)生較大的影響。

2 15202 工作面前期防塵措施及應(yīng)用效果

在進(jìn)行回采之前，對于工作面采煤以及相應(yīng)的運(yùn)煤等通常使用噴霧灑水裝置實(shí)現(xiàn)降塵。

2.1 工作面?zhèn)鹘y(tǒng)防塵措施

1）順槽噴霧灑水。在實(shí)施回采時(shí)，通常在回風(fēng)巷與皮帶巷裝上兩套灑水噴霧裝置，其輸水管道設(shè)置在頂板位置，長度設(shè)定為3.5 m，與此同時(shí)在水管的下方設(shè)置灑水噴頭，通常噴頭噴出來的水表現(xiàn)為霧狀。為了能夠有效地達(dá)到降塵的效果，通常需要在刮板輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)頭位置安裝相應(yīng)的水管路。

2）煤層注水。在實(shí)施回采時(shí)，通?？梢栽诨仫L(fēng)巷煤壁側(cè)設(shè)置施工鉆孔注水，一般把孔間距設(shè)為50 m，相應(yīng)的鉆孔深度可以得到130 m。此外，在鉆孔時(shí)可以選用高壓注水的形式。

3）在工作面位置設(shè)置相應(yīng)的噴霧裝置。對于15202 工作面液壓支架中往往需要間隔五個(gè)前探梁配置灑水裝置，當(dāng)支架前移之后，進(jìn)而有助于灑水裝置對工作面實(shí)施灑水，從而可以更好地實(shí)現(xiàn)降塵。

2.2 傳統(tǒng)防塵效果分析

在對15202 工作面降塵效果進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常通風(fēng)量能夠達(dá)到2 000 m3/min，相應(yīng)的風(fēng)速能夠保持在3.0 m/s。傳統(tǒng)噴霧裝置通常在頂板受風(fēng)速影響較大的位置實(shí)施降塵，因此其嚴(yán)重制約著降塵效果。

回風(fēng)巷煤壁測可以進(jìn)行施工鉆孔注水，其中孔間距設(shè)定為50 m，鉆孔深度設(shè)定為130 m。對于15202 工作面而言，其傾斜長度數(shù)值設(shè)定為200 m，因此鉆孔數(shù)量與深度不能滿足工程需要，進(jìn)而嚴(yán)重制約著降塵效果。

由于15202 工作面而言，由于前期防塵效果不佳，進(jìn)而致使工作面粉塵質(zhì)量濃度較高，經(jīng)過測定其數(shù)值達(dá)到90 mg/m3。在運(yùn)用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行降塵時(shí)，工作面的能見度在15 m 以下，因此回采的過程中往往在采煤機(jī)滾筒截割位置產(chǎn)生支架頂梁碰撞問題，進(jìn)而導(dǎo)致維修費(fèi)用高達(dá)100 萬元，給礦廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)開支。

3 綜合防塵技術(shù)應(yīng)用

為了將15202 工作面后期回采粉塵降到最低，必須對原有的防塵設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，提出新的綜合防塵技術(shù)方案：泡沫抑塵+安裝旋轉(zhuǎn)捕塵裝置+交錯(cuò)邁步式鉆孔煤層注水。

3.1 采用泡沫抑塵法

1）可以在工作面設(shè)置泡沫抑塵裝置，包括泡沫發(fā)生器、泡沫分配器、噴灑機(jī)構(gòu)、壓風(fēng)管路、除塵水管等單元，如圖1 所示[1-2]。

圖1 泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)

2）為了提高降塵效果，通?？梢栽诠ぷ髅娼馗畈吭O(shè)置一套泡沫抑塵裝置，當(dāng)采集機(jī)處于工作的狀態(tài)時(shí)，在除塵水管中添加相應(yīng)的泡沫劑并形成泡沫分流到泡沫器內(nèi)部，與此同時(shí)借助高壓分管以高壓的形式將粉塵噴出。

3）泡沫在高壓下噴出，不僅數(shù)量較多，而且具有高強(qiáng)度的吸附性，因此能夠?qū)⒔孛簷C(jī)產(chǎn)生的粉塵包圍并吸附。經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，泡沫顆粒與煤塵的吸附比例（體積比）可以達(dá)到1∶2，由此可以看出其吸附效果比較好[3]。

3.2 安裝旋轉(zhuǎn)捕塵裝置

1）15202 工作面風(fēng)速較大，同時(shí)除塵效果不好，進(jìn)而可以開發(fā)出一套自動水幕捕塵裝置。如圖2 所示，其主要是有由捕塵簾、排水管、供水管、聯(lián)鎖開關(guān)、高壓灑水裝置、PLC 控制器等構(gòu)成。

2）可以借助聯(lián)鎖開關(guān)與帶式輸送機(jī)進(jìn)行連鎖作用。當(dāng)水泵通電之后，可以在水簾位置噴射出穩(wěn)定的水幕。通?？梢栽谖恢眯纬上鄳?yīng)的污水，進(jìn)而將從排水管位置流到相應(yīng)的污水槽中，經(jīng)過處理之后的污水可以重新使用。

3）在15202 運(yùn)輸順槽可以安裝兩臺旋轉(zhuǎn)捕塵裝置，一臺設(shè)置在與機(jī)頭相距30 m 的位置，一臺設(shè)置在與機(jī)尾相距50 m 的位置。

3.3 借助交錯(cuò)邁步式鉆孔的方式進(jìn)行煤層注水

圖2 旋轉(zhuǎn)捕塵裝置結(jié)構(gòu)

1）為了對降塵效果進(jìn)行優(yōu)化，通常借助鉆孔注水的形式，一般選用邁步式注水鉆孔，孔深度為200 m。其中，將第一排鉆孔設(shè)置在與工作面距離20 m 的位置，而鉆孔與頂板之間的距離設(shè)定為1.5 m。第二排與第一排鉆孔之間的距離設(shè)置為20 m，而鉆孔與頂板之間的距離設(shè)定為2.0 m。而第三排與第四排之間的間隔設(shè)置為2 m，與此同時(shí)將其設(shè)置為邁步的形式進(jìn)行排列。

2）同時(shí)在運(yùn)輸槽測煤壁位置依舊可以設(shè)置相同的注水鉆孔，設(shè)定設(shè)置為200 m。將第一排鉆孔設(shè)置在與工作面距離10 m 的位置，而鉆孔與頂板之間的距離設(shè)定為1.5 m。第一排與第二排之間的鉆孔距離可以設(shè)置為20 m，相應(yīng)的頂板和對應(yīng)的鉆孔之間的設(shè)置有2 m 的距離，同時(shí)設(shè)置為邁步的形式。

3）在工作面回采時(shí)，注水鉆孔數(shù)量為2 個(gè)。在于工作面鉆孔相距5.0 m 處設(shè)置一組鉆孔注水，其壓力應(yīng)不小于1.5 MPa。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

1）綜采工作面防塵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，工作面與順槽巷道中的煤塵質(zhì)量濃度降低到25 mg/m3以下，而相應(yīng)的能見度達(dá)到55 m。

2）綜采工作面防塵技術(shù)的應(yīng)用不僅有效地提高了自動化能力，而且有效地降低了靜水壓的損失以及有效地改善了工作面積水問題。

3）經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，防塵綜合技術(shù)在建筑、隧道以及化工等方面應(yīng)用效果較好，具有較好的應(yīng)用前景。