張 陽

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司，山西 大同 037031）

引言

粉塵治理一直是綜采工作面回采期間致力研究的技術(shù)難題，工作面回采過程中工作面落煤、頂板防煤、煤矸運(yùn)輸、煤矸卸載等都會(huì)產(chǎn)生高濃度粉塵，粉塵顆粒小，很容易隨著空氣被施工人員吸入肺部，危害著施工人員身體健康，而且高濃度粉塵顆粒遇明火會(huì)引發(fā)煤塵爆炸事故；綜采工作面主要采用噴霧降塵，傳統(tǒng)的粉塵治理技術(shù)單一，降塵效果差，起不到預(yù)期防塵效果。

1 白洞礦8106 工作面概述

白洞礦8106 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 400 m，傾向長(zhǎng)度為220 m，工作面回采煤層為石炭系5 號(hào)煤層，煤層總厚為10.42～11.37 m，煤層普遍有5～8層夾石，夾石厚一般為0.20～0.40 m，夾石斷斷續(xù)續(xù)，不穩(wěn)定。煤層屬于穩(wěn)定煤層，巷道在煤層中掘進(jìn)時(shí)煤層結(jié)構(gòu)、煤體基本無變化。

8106 工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝，截止2020 年7 月14 日工作面已回采520 m，由于工作面回采的5 號(hào)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤體不穩(wěn)定，采煤機(jī)在破煤、落煤以及防煤過程中工作面內(nèi)產(chǎn)生高濃度粉塵，通過通風(fēng)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，8106 工作面前期回采過程中，平均粉塵濃度高達(dá)103 mg/m3，能見度不足20 m，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采[1-4]。

2 粉塵來源分析

2.1 粉塵測(cè)定方法

目前煤礦井下對(duì)采掘工作面井下粉塵監(jiān)測(cè)常見方法主要由X 射線衍射測(cè)定法、β 射線粉塵監(jiān)測(cè)法、分光鏡法以及重量法等；其中重量法在煤礦中最常用，但是該方法工序繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而分光鏡法、X 射線衍射測(cè)定法對(duì)作業(yè)環(huán)境要求高，受限性大，無法實(shí)現(xiàn)井下多點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)的目的；所以8106工作面采用β 射線粉塵監(jiān)測(cè)法對(duì)粉塵進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過程中主要通過監(jiān)測(cè)儀直接讀取環(huán)境粉塵濃度，具有測(cè)量精度高、工序簡(jiǎn)單以及受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 粉塵來源

8106 工作面回采期間通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，工作面粉塵來自于采煤機(jī)落煤、頂板放煤、移架以及轉(zhuǎn)載等工序中；其中采煤機(jī)破煤、落煤工序中產(chǎn)生粉塵濃度最大，8106 工作面回采的5 號(hào)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不穩(wěn)定，采用采煤機(jī)破煤過程中煤體伴隨著破碎垮落現(xiàn)象，在工作面風(fēng)流作用下產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，該處產(chǎn)生的粉塵點(diǎn)隨采煤機(jī)而移動(dòng)；工作面放煤時(shí)位于后刮板輸送機(jī)處也會(huì)產(chǎn)生粉塵，由于后刮板輸送機(jī)處分量不足，粉塵呈均勻分布狀態(tài)；而裝載點(diǎn)粉塵主要在卸煤過程中，在煤體自身重力作用下產(chǎn)生揚(yáng)塵，由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)處存在防塵裝置，該點(diǎn)粉塵濃度相對(duì)較小。

3 工作面綜合防塵技術(shù)

由于傳統(tǒng)噴霧降塵效果差，達(dá)不到預(yù)期防塵效果，所以決定對(duì)8106 工作面后期回采過程中采取“三位一體”的綜合防塵技術(shù)。

3.1 煤層注水防塵

煤層注水前煤體間靜摩擦力小，煤體內(nèi)粉塵呈游離狀態(tài)，而對(duì)煤體注水后不僅增加了煤體間黏著強(qiáng)度以及摩擦力，而且將內(nèi)部游離的粉塵進(jìn)行黏合成大顆粒煤泥塊，從而降低了粉塵濃度，有效控制煤體片幫現(xiàn)象。

1）8106 工作面注水鉆孔布置在回風(fēng)順槽側(cè)煤壁上，采用專用鉆機(jī)進(jìn)行注水鉆孔施工，鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，鉆孔開口位置距底板間距為1.5 m，鉆孔布置間距為10 m。

2）注水鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝注水軟管，軟管一端與專用注漿泵連接，采用封孔器及膨脹水泥對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔處理，然后進(jìn)行高壓注水施工，注水壓力為5.0 MPa；當(dāng)工作面回采距注水孔間距為5.0 m 時(shí)，停止注水施工。

3.2 多級(jí)噴霧降塵

1）為了提高靜壓水壓力，減少壓降，在8106 工作面上下順槽處各安裝一套直徑為108mm 靜壓水管，同時(shí)在運(yùn)輸順槽巷口處安裝一臺(tái)型號(hào)為BPW250/63 的加壓泵，保證靜壓水壓力不低于6.5MPa。

2）為了提高降塵效果，在8106 運(yùn)輸順槽內(nèi)安裝了6 道凈化水幕，水幕布置間距為200 m，其中第一道水幕距工作面間距為50 m，凈化水幕主要由旋轉(zhuǎn)噴頭、螺旋桿等部分組成，裝置安裝在巷道頂板上，采用巷道內(nèi)靜壓水作為旋轉(zhuǎn)噴霧動(dòng)力，同時(shí)配合防塵簾實(shí)現(xiàn)全斷面噴霧的目的。運(yùn)輸順槽旋轉(zhuǎn)噴霧裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 運(yùn)輸順槽旋轉(zhuǎn)噴霧裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3）對(duì)工作面內(nèi)安裝一套KZD 自動(dòng)定位噴霧系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由紅外檢測(cè)裝置、采煤機(jī)定位裝置、高壓噴頭以及控制器等部分組成；當(dāng)采煤機(jī)在割煤時(shí)通過紅外線檢測(cè)裝置以及定位裝置確定采煤機(jī)位置，然后將采煤機(jī)位置信息發(fā)送至控制器內(nèi)，控制器控制相應(yīng)支架前方噴頭進(jìn)行噴霧降塵。

4）在卸載點(diǎn)處安裝一套自動(dòng)觸碰噴霧裝置（見圖2），該裝置主要由觸碰桿、電磁閥、控制器、噴霧頭、固定架等部分組成；觸碰桿吊掛在距卸載點(diǎn)前方0.3～0.5 m 處，固定架與轉(zhuǎn)載兩側(cè)進(jìn)行固定；當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行煤矸運(yùn)輸時(shí)，煤流在卸載過程中會(huì)碰撞觸碰桿，控制器接收信號(hào)后通過控制作用打開電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧；當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或空轉(zhuǎn)時(shí)，觸碰桿停止運(yùn)動(dòng)，控制器關(guān)閉電磁閥開關(guān)，停止噴霧。

圖2 轉(zhuǎn)載點(diǎn)自動(dòng)觸碰噴霧裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 物理化學(xué)降塵

在頭尾順槽巷口處對(duì)靜壓水管內(nèi)添加潤(rùn)滑劑，從而增加了噴霧顆粒吸附能力，加強(qiáng)降塵效果；同時(shí)將RTM 磁化器安裝在噴霧管道內(nèi)，對(duì)水流進(jìn)行磁化，提高其降塵效果[5]。

4 應(yīng)用效果分析

截止2021 年1 月8106 工作面已回采結(jié)束，對(duì)8106 工作面后期回采過程中采取“三位一體”綜合防塵技術(shù)后，通過6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來看，大大降低了工作面粉塵濃度，通過實(shí)測(cè)，采取措施后工作面粉塵質(zhì)量濃度降低至21 mg/m3,能見度提高至50 m 以上，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。