李崗

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司 方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

0 引 言

綜采工作面回采期間產(chǎn)生高濃度粉塵，嚴(yán)重影響著施工人員身體健康，不僅降低了工作面能見(jiàn)度，而且高濃度懸浮粉塵在遇明火下很容易發(fā)生粉塵爆炸事故，威脅著煤礦安全生產(chǎn)。我國(guó)多數(shù)煤礦綜采工作面主要采用噴霧灑水方式進(jìn)行降塵，但受工作面風(fēng)速、回采工藝、粉塵濃度大小等影響[1]，噴霧灑水降塵效果相對(duì)較差，達(dá)不到預(yù)期降塵效果，且噴霧灑水后會(huì)造成工作面積水現(xiàn)象嚴(yán)重，不利于提升工作面標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量，本文以店坪煤礦206工作面為例，對(duì)工作面前期回采期間降塵現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出了綜合防塵措施。

1 概 述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦206 工作面位于井田二采區(qū)東翼，工作面東部為井田邊界，西部為采區(qū)大巷，北部為204工作面采空區(qū)，南部為保護(hù)煤柱。

206 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 626 m，切巷長(zhǎng)度為245 m，工作面回采煤層為9 號(hào)煤層，煤層厚度為2.7～3.4 m，平均厚度為3.1 m，直接頂為中粒砂巖，頂板穩(wěn)定性較好，裂隙發(fā)育程度低；直接底為砂質(zhì)泥巖，硬度較軟，遇水膨脹軟化程度小，頂?shù)装迩闆r對(duì)回采影響程度小。

206 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止目前工作面已回采450 m，由于9 號(hào)煤層穩(wěn)定性差，局部成硅化現(xiàn)象，同時(shí)回采前期工作面防塵措施不到位，導(dǎo)致工作面回采期間割煤、運(yùn)煤等工序中產(chǎn)生高濃度煤塵，降低了工作面能見(jiàn)度。根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心對(duì)9 號(hào)煤層進(jìn)行了自然發(fā)火傾向性、煤塵爆炸性鑒定，鑒定結(jié)果為9 號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，自燃傾向性性質(zhì)為自燃,具有煤塵爆炸性，威脅著工作面安全高效回采。

2 回采前期工作面防塵措施及降塵現(xiàn)狀

2.1 回采前期降塵措施

206 工作面回采前期主要采用噴霧灑水的方式進(jìn)行降塵，噴霧裝置分別安裝在采煤機(jī)截割部、刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)以及每隔50 個(gè)支架頂梁下方，噴霧灑水裝置采用人工開(kāi)啟方式，每班作業(yè)前安排專人開(kāi)啟。采煤機(jī)截割部噴霧裝置灑水量為1.2 m3/h，轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧裝置灑水量為0.8 m3/h，支架頂梁下方噴霧裝置灑水量為1.0 m3/h。

2.2 降塵現(xiàn)狀

206 工作面回采前期由于受降塵技術(shù)水平限制，工作面回采過(guò)程中粉塵濃度相對(duì)較大，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作面在割煤過(guò)程中落煤點(diǎn)粉塵濃度達(dá)344 mg/m3，轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵濃度達(dá)307 m3，支架下方機(jī)道出粉塵濃度高達(dá)318 mg/m3，工作面能見(jiàn)度不足20 m，而且采用傳統(tǒng)的噴霧灑水后，工作面、機(jī)道以及轉(zhuǎn)載點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重污水聚集現(xiàn)象。

2.3 問(wèn)題分析

（1） 靜壓水浪費(fèi)嚴(yán)重。采用傳統(tǒng)的噴霧灑水裝置進(jìn)行降塵時(shí)，平均每小時(shí)灑水量達(dá)3.0 m3/h，而每道噴霧灑水裝置水壓達(dá)0.4 MPa，導(dǎo)致工作面回采過(guò)程中靜壓水損失嚴(yán)重，導(dǎo)致水壓不足現(xiàn)象，影響著工作面部分設(shè)備正常運(yùn)行[2]。

（2） 降塵效果差。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置為從根本上達(dá)到降塵目的，噴霧后水霧顆粒與粉塵顆粒吸附強(qiáng)度低，同時(shí)206 工作面風(fēng)流平均速度為1.8 m/s，風(fēng)速快對(duì)水霧顆粒降塵效果影響大。

（3） 設(shè)備損壞嚴(yán)重。綜采工作面內(nèi)機(jī)電設(shè)備數(shù)量多，而且多數(shù)設(shè)備配件不具有放水、防潮的性能，如電機(jī)、高壓電纜、監(jiān)控設(shè)備等，采用傳統(tǒng)噴霧灑水裝置降塵時(shí)，很容易導(dǎo)致部分設(shè)備淋水、受潮，造成設(shè)備損壞現(xiàn)象[3]。

3 工作面通風(fēng)除塵技術(shù)優(yōu)化

為了進(jìn)一步提高工作面通風(fēng)除塵技術(shù)水平，保證工作面安全高效回采，決定對(duì)206 工作面通風(fēng)除塵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

（1） 控制風(fēng)速。根據(jù)《關(guān)于2019 年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定（測(cè)定） 結(jié)果的批復(fù)》，店坪煤礦瓦斯絕對(duì)涌出量3.66 m3/min，相對(duì)涌出量為0.72 m3/t，屬低瓦斯礦井，而工作面每班作業(yè)人數(shù)平均為25 人，因此根據(jù)工作面氣候條件以及防塵需要，合理控制工作面風(fēng)速在1.2～1.5 m/s。

（2） 煤層注水。通過(guò)檢測(cè)分析206 工作面回采的9 號(hào)煤層原有水分為2.89%，含水量低，原煤層中水分無(wú)法達(dá)到潤(rùn)塵、降塵的效果，所以決定對(duì)9 號(hào)煤層進(jìn)行注水施工，注水孔布置在頭尾順槽兩側(cè)工作面煤壁上[4]，鉆孔深度為80 m，間距為30 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔施工后進(jìn)行高壓注水，注水壓力為2.5 MPa。

（3） 泡沫除塵裝置應(yīng)用。206 工作面回采過(guò)程中落煤點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵濃度最大，采用傳統(tǒng)采煤機(jī)外噴霧降塵效果相對(duì)較差，因此決定對(duì)采煤機(jī)截割部各安裝一套泡沫噴霧裝置（圖1）。該裝置通過(guò)采煤機(jī)電控箱供電，當(dāng)采煤機(jī)割煤時(shí)裝置通電后形成高濃度泡沫，與傳統(tǒng)水霧顆粒相比，泡沫顆粒吸塵能力強(qiáng)，降塵效果好[5]。

圖1 采煤機(jī)截割部泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)示意Fig. 1 Structure of foam dust suppression device in shearer cutting section

（4） 支架安裝負(fù)壓誘導(dǎo)除塵系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)道處負(fù)壓除塵效果，在支架頂梁下方每隔100 m安裝1 部負(fù)壓誘導(dǎo)除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)在工作時(shí)通過(guò)水氣混合式噴霧形成高速汽霧射流，從而產(chǎn)生1 個(gè)負(fù)壓區(qū)水霧團(tuán)，在負(fù)壓作用下周圍懸浮的粉塵顆粒吸到負(fù)壓區(qū)內(nèi)，從而進(jìn)行潤(rùn)濕、吸附作用，該裝置與采煤機(jī)電機(jī)聯(lián)鎖控制作用[6]。

（5） 捕塵網(wǎng)降塵。在工作面支架下方機(jī)道處安裝5 道卷簾式噴霧捕塵裝置，該捕塵網(wǎng)采用紅外線控制，該裝置主要由捕塵網(wǎng)、控制器、紅外線發(fā)生器、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、噴霧裝置等部分組成（圖2）。當(dāng)采煤機(jī)割煤后該系統(tǒng)通過(guò)連鎖控制作用及時(shí)開(kāi)啟，水霧在捕塵網(wǎng)的作用下形成水幕，實(shí)現(xiàn)全斷面捕塵的目的。當(dāng)采煤機(jī)移動(dòng)至距裝置10 m 處時(shí)通過(guò)紅外線接收信號(hào)以及控制器控制作用，系統(tǒng)停止工作并收起捕塵網(wǎng)[7]。

圖2 卷簾式噴霧捕塵裝置安裝示意Fig. 2 Installation of curtain type spray dust collector

（6） 抑塵劑防塵。由于206 工作面內(nèi)靜壓水壓力達(dá)3.0 MPa，氧化性高，對(duì)工作面細(xì)小粉塵吸附性能差，所以決定對(duì)采煤機(jī)內(nèi)噴霧用水中添加CTC 固體抑塵劑，抑塵劑主要包括抗靜電劑、濕潤(rùn)劑、發(fā)泡劑、增重劑、金屬防腐劑等，添加濃度為0.1%～0.15%，通過(guò)對(duì)靜壓水添加抑塵劑后可以降低粉塵與水霧顆粒之間的靜電斥力，從而保證粉塵顆粒與水霧顆粒能夠充分結(jié)合[8]，達(dá)到降塵目的。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

206 工作面回采至300 m 處對(duì)工作面通風(fēng)除塵措施進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，截止2020 年7 月工作面已回采結(jié)束，降塵措施優(yōu)化改進(jìn)后，通過(guò)7 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用，該工作面在降塵前平均粉塵濃度達(dá)335 mg/m3，通過(guò)控制風(fēng)速后工作面平均粉塵濃度下降至258 mg/m3，煤層注水后工作面平均粉塵濃度下降至197 mg/m3，安裝泡沫除塵裝置后工作面平均粉塵濃度下降至150 mg/m3，安裝負(fù)壓誘導(dǎo)除塵系統(tǒng)工作面平均粉塵濃度下降至120 mg/m3，捕塵網(wǎng)降塵后工作面平均粉塵濃度下降至96 mg/m3，抑塵劑防塵后工作面平均粉塵濃度下降至64 mg/m3，如圖3 所示。

圖3 綜采工作面通風(fēng)除塵技術(shù)優(yōu)化后降塵效果曲線Fig. 3 Dust removal effect curve after optimized ventilation dust removal technology in fully mechanized mining face

5 結(jié) 語(yǔ)

店坪煤礦通風(fēng)區(qū)針對(duì)206 工作面前期回采過(guò)程中粉塵濃度高、能見(jiàn)度低、傳統(tǒng)噴霧灑水降塵效果差等技術(shù)難題，根據(jù)206 工作面生產(chǎn)實(shí)際情況對(duì)工作面防塵措施進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，優(yōu)化后工作面粉塵濃度控制在65 mg/m3以下，工作面能見(jiàn)度提高至40 m，改善了綜采工作面作業(yè)環(huán)境，提高了勞動(dòng)效力，加快了工作面回采速度，為作業(yè)人員身體健康提供了有力保障，取得了顯著應(yīng)用成效。