苗 雄 侯俊才 張鵬飛 劉 東

（山西忻州神達望田煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

1 礦井概況

1.1 井田概況

1.1.1 位置、面積

望田煤業(yè)位于保德縣城東南6km 處腰莊鄉(xiāng)路家溝村、講家溝村、趙家峁村、楊家溝村一帶，行政區(qū)劃隸屬保德縣腰莊鄉(xiāng)管轄。井田地理坐標(biāo)為：東經(jīng)111°06′32″～111°09′11″，北緯38°59′03″～39°00′22″。礦井井田東西長3.94km，南北寬2.43km，井田面積為7.9564km2。

1.1.2 地形、地貌

礦井地處黃河?xùn)|岸，山西黃土高原的西北邊緣，屬低中山區(qū)。井田內(nèi)溝谷切割嚴(yán)重，地形總體南高北低，最高點位于井田西南部，海拔1129.40m，最低點位于井田北部溝谷，海拔906.00m，最大相對高差223.40m。區(qū)內(nèi)大部為黃土覆蓋，以黃土沖溝、峁、梁地貌為主。由于強烈的侵蝕切割，形成多條沖溝，其上游呈“V”字型，下游是“U”字型，雨季時洪水分別沿各溝谷排出井田。

1.1.3 地面水系

井田主要河流為腰莊河，其位于井田東部，腰莊河發(fā)源于腰莊鄉(xiāng)莊頭和王家里一帶，屬季節(jié)性河流，旱季水量微小，甚至干涸，雨季水量增大。井田內(nèi)其它溝谷只有雨季才有短時匯水流過，沿溝排泄，輾轉(zhuǎn)匯入腰莊河，于郭家灘匯入黃河，屬黃河流域。

1.1.4 氣象條件

本區(qū)屬典型的大陸性氣候，四季分明，氣候干燥，晝夜溫差大，據(jù)該區(qū)2011-2017 年的氣象觀測統(tǒng)計資料，全年平均氣溫9.8℃，1 月份最冷，氣溫-11.6℃，極端最低氣溫為-27℃；七月份最熱，氣溫25℃，極端最高氣溫為38℃。降水期多集中于6～8 月，占年降水量的44%～73%，年平均降水量452mm。年蒸發(fā)量在1675mm～1862mm 之間，平均為1760mm 左右，5～7 月之間，月蒸發(fā)量可達330mm，年蒸發(fā)量約是降水量的4 倍。霜凍結(jié)冰期從11 月中旬至翌年3 月中旬，最大凍土深度1.44m，無霜期180 天。3～4 月多風(fēng)，風(fēng)力一般在3～4 級，最大風(fēng)速21m/s。

1.1.5 瓦斯、自然發(fā)火、煤塵爆炸性鑒定

2018 年鑒定結(jié)果：礦井絕對瓦斯涌出量為2.93m3/min，相對瓦斯涌出量為1.18m3/t；絕對二氧化碳涌出量為4.40m3/min，相對二氧化碳涌出量為1.77m3/t，礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井。

1.2 礦井開拓布置

1.2.1 礦井開拓

礦井采用斜井開拓，全井田共布置3 個井筒開采全井田，分別為主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井。其中主斜井：落底于13 號煤層，斷面為三心拱，凈寬4.0m，凈高3.03m，凈斷面12.42m2，傾角20.5°。延深后井筒長度662m，每隔40m 設(shè)有躲避硐室，井筒一側(cè)安裝1000 的膠帶輸送機，一側(cè)按設(shè)檢修道、行人臺階及扶手。擔(dān)負全礦井提煤和設(shè)備檢修任務(wù)，兼作進風(fēng)井及安全出口。副斜井落底于13 號煤層，斷面為半圓拱，凈寬5.0m，凈高4.1m，凈斷面17.8m2，傾角19°，長422m，井筒一側(cè)鋪設(shè)600mm 的軌道，井口安裝提升絞車，一側(cè)安設(shè)架空乘人器及臺階、扶手。擔(dān)負全礦井的人員、提矸、下料、設(shè)備等輔助提升任務(wù)，兼作進風(fēng)井及安全出口?；仫L(fēng)斜井落底于13 號煤層，斷面為半圓拱，凈寬4.5m，凈高4.85m，凈斷面19.65m2，傾角22°，長337m，井筒安設(shè)臺階、扶手，擔(dān)負礦井的回風(fēng)任務(wù)兼作安全出口。

1.2.2 采區(qū)巷道布置

13#煤層分為2 個采區(qū)，以三條大巷為界，東側(cè)為一采區(qū)，西側(cè)為二采區(qū)。一采區(qū)為單翼采區(qū)，初設(shè)定為依托13#煤層三條大巷布置傾向工作面俯采。由于沖刷帶的影響，設(shè)計修改為在采區(qū)南部沿13#煤層布置一采區(qū)回風(fēng)上山、一采區(qū)軌道上山及一采區(qū)運輸上山三條上山。在一采區(qū)上山中部布置一采區(qū)避難硐室及一采區(qū)變電所。二采區(qū)為雙翼采區(qū)，在采區(qū)中部沿13#煤層?xùn)|西向布置二采區(qū)回風(fēng)下山、二采區(qū)軌道下山及二采區(qū)運輸下山。在三條下山下部軌道下山與回風(fēng)下山之間布置二采區(qū)變電所，在二采區(qū)運輸及軌道下山之間布置采區(qū)避難硐室，在三條下山底部布置采區(qū)排水泵房及內(nèi)外水倉。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)

全礦井共布置主斜井、副斜井及回風(fēng)斜井三個井筒，礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為機械抽出式，礦井采用兩進一回，即主斜井、副斜井進風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)?；仫L(fēng)斜井安裝2 臺FBCDZ-8-№24B型防爆對旋軸流式通風(fēng)機，一臺工作，一臺備用。每臺風(fēng)機配2 臺250kW 礦用防爆型電動機。

1.4 防塵灑水系統(tǒng)

地面消防給水與生活、生產(chǎn)用水合用一個管路系統(tǒng)。井下消防、灑水采用合流制系統(tǒng)，水源來自處理后的井下排水。井下消防水從礦井水處理站清水池（500m3）經(jīng)主斜井井筒引入井下，主斜井、軌道大巷及運輸大巷南段主供水管徑均為Ф159×4.5mm，運輸大巷北段、回風(fēng)大巷、采區(qū)下山及順槽供水管徑均為Ф108×4mm。

2 13108 工作面基本情況

2.1 工作面位置及四鄰關(guān)系

13108 工作面位于一采區(qū)，東部為未開發(fā)區(qū)，西部為講家溝村保護煤柱及望田煤業(yè)副斜井井底車場保護煤柱，北部為13104、13105 工作面采空區(qū)，南部為一采回風(fēng)上山保護煤柱；上部為8 煤采空區(qū)。

2.2 工作面煤層頂?shù)装?/h3>

老頂泥質(zhì)砂巖，厚度4.86～5.75m，平均5.31m，淺灰色中粒泥質(zhì)砂巖，局部方解石充填；直接頂泥巖，厚度3.30～3.75m，平均3.50m，灰黑色泥巖，水平層理，局部夾粉砂巖條帶，中下部夾煤線；直接底砂質(zhì)泥巖，厚度2.20～2.42m，平均2.31m，淺灰色，含沙，泥質(zhì)膠結(jié)，致密。

2.3 煤塵情況

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心2017 年11 月鑒定13#煤層火焰長度>400mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量75%，揮發(fā)分為35.8%，煤塵爆炸性為有爆炸性。

3 13108 工作面粉塵的成因及分布

3.1 采煤機作業(yè)粉塵成因及分布

采煤機在回采作業(yè)過程中，采煤機滾筒對煤壁進行破煤切割時，切割過程中會產(chǎn)生很多煤塵。一般情況下，產(chǎn)生的煤塵的來源有以下幾點：（1）截割破煤時產(chǎn)生煤塵；（2）落煤被二次截割產(chǎn)生的煤塵；（3）截割后的煤被拋出產(chǎn)生的煤塵；（4）割煤時由于截齒較鈍，截齒與煤體摩擦產(chǎn)生的煤塵[1]。

3.2 移架作業(yè)粉塵成因及分布

液壓支架移架時也產(chǎn)生煤塵。移架時產(chǎn)生煤塵的多少與頂板強度有關(guān)，松軟的頂板產(chǎn)生的煤塵較多，堅硬的頂板產(chǎn)生的煤塵較少；與工作面上覆頂板巖層厚度有關(guān)，頂板巖層越厚，產(chǎn)生的煤塵越多；在移架過程中，操作步驟不同產(chǎn)生的煤塵也不相同[2]。

3.3 工作面通風(fēng)對粉塵分布的影響

當(dāng)工作面運輸系統(tǒng)采用逆向風(fēng)流，即工作面煤流方向與風(fēng)流方向相反，工作面的進風(fēng)流有揚塵的作用，產(chǎn)塵較多；反之順煤流通風(fēng)則產(chǎn)塵較少。同時，工作面進風(fēng)揚塵程度還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速大，揚塵多，反之則少。13108 工作面設(shè)計采用逆煤流方向通風(fēng)，產(chǎn)塵量較大，是工作面粉塵形成的原因之一[3]。

4 13108 工作面自動降塵系統(tǒng)研制與改造

4.1 研究思路

為及時完成13108 工作面綜合防塵自動化控制系統(tǒng)的研制與改造工作，望田煤業(yè)成立了以總工程師為組長，通風(fēng)副總為副組長，通防、機電、信息、生產(chǎn)等相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員為成員的項目科研攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，攻關(guān)小組多次召開專題會議，并根據(jù)13108 工作面設(shè)備布置情況，與三一重工設(shè)備有限公司、德國瑪珂北京分公司、淄博德貝爾設(shè)備有限公司、濟南沃爾菲斯設(shè)備有限公司及陜西斯達防爆安全股份有限公司反復(fù)進行探討溝通、調(diào)研、對比綜合防塵設(shè)備、設(shè)施。最終確定以德國瑪珂北京分公司PM32 型采煤機內(nèi)外噴霧自動控制及采煤機隨機電液控移架自動噴霧為主的總控制系統(tǒng)、淄博德貝爾設(shè)備有限公司ZP127 型轉(zhuǎn)載噴霧控制系統(tǒng)和濟南沃爾菲斯ZP127 型紅外線自動風(fēng)流凈化控制系統(tǒng)為輔助的綜合自動化防塵系統(tǒng)總體實施方案。經(jīng)不斷改進，最終在13108 工作面建成了以地面調(diào)度遠程一鍵啟動和現(xiàn)場操控臺遠程控制相結(jié)合的綜合防塵自動化控制系統(tǒng)。

表1

4.2 自動化降塵系統(tǒng)研制具體方案

4.2.1 采煤機內(nèi)外噴霧自動控制系統(tǒng)

將采煤機內(nèi)外噴霧控制系統(tǒng)設(shè)置在工作面運輸巷采煤機智能化操控臺處，采煤機啟動前，一鍵啟動13108運輸巷門子口處的BRW-31.5/10 型高壓噴霧泵，噴霧泵聯(lián)動采煤機內(nèi)、外噴霧自動開啟，實現(xiàn)噴霧泵與采煤機噴霧的自動聯(lián)動閉鎖。

4.2.2 移架噴霧自動控制系統(tǒng)

在工作面每部液壓支架上安裝PM32 型電液控自動裝置，在工作面采煤機中部安設(shè)一個位置控制傳感器，在采煤機割煤運行過程中，采煤機位置控制傳感器通過信號傳輸控制采煤機前、后滾筒上、下側(cè)3 部支架移架噴霧自動開啟，噴霧時長30 秒，實現(xiàn)了采煤機對噴霧的隨機自動控制噴灑降塵。

4.2.3 轉(zhuǎn)載點噴霧自動控制系統(tǒng)

工作面皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機噴霧采用淄博德貝爾設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZP127 型轉(zhuǎn)載點噴霧控制裝置，噴霧開關(guān)與皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機饋電開關(guān)實現(xiàn)自動聯(lián)鎖，皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機啟動后，噴霧系統(tǒng)同步自動運行，實現(xiàn)了噴霧與運煤設(shè)備同步聯(lián)動開關(guān)噴灑的功能。

4.2.4 巷道風(fēng)流紅外線自動控制凈化系統(tǒng)

在13108 進、回風(fēng)順槽各安設(shè)3 道ZP127 型紅外線自動風(fēng)流凈化水幕控制裝置，凈化水幕兩端各20 米位置設(shè)紅外感應(yīng)傳感器，實現(xiàn)人體紅外感應(yīng)停噴功能，生產(chǎn)期間該裝置處于常噴狀態(tài)，當(dāng)有人員通行時裝置停噴30 秒，當(dāng)人員通過后裝置繼續(xù)噴霧降塵，實現(xiàn)巷道風(fēng)流粉塵凈化。

5 取得的成效

1.13108工作面自動化降塵系統(tǒng)使用前工作面最高粉塵濃度為60mg/m3，自動化降塵系統(tǒng)改造應(yīng)用后，工作面粉塵濃度最高為6.5mg/m3，已經(jīng)基本達到國家標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生濃度要求，為員工創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，保護了員工的人身安全，降低了塵肺病的發(fā)病率。

2.工作面防塵、降塵系統(tǒng)由現(xiàn)在的一鍵聯(lián)動自動化控制系統(tǒng)代替了原來的手工開啟操作，實現(xiàn)了綜合防塵技術(shù)新的突破，為企業(yè)“內(nèi)涵提升，高質(zhì)量發(fā)展”注入了新的活力。

6 結(jié)語

本文對煤礦噴霧降塵系統(tǒng)進行了分析，介紹了該系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)與工作特點，并根據(jù)連續(xù)跟蹤，證實了系統(tǒng)確實能夠?qū)ΦV井重點粉塵超限區(qū)域起到有效的監(jiān)控和治理，并且運行效果良好，值得廣泛推廣和應(yīng)用。