综放工作面综合防尘技术应用分析

张 阳

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司，山西 大同 037031）

引言

粉尘治理一直是综采工作面回采期间致力研究的技术难题，工作面回采过程中工作面落煤、顶板防煤、煤矸运输、煤矸卸载等都会产生高浓度粉尘，粉尘颗粒小，很容易随着空气被施工人员吸入肺部，危害着施工人员身体健康，而且高浓度粉尘颗粒遇明火会引发煤尘爆炸事故；综采工作面主要采用喷雾降尘，传统的粉尘治理技术单一，降尘效果差，起不到预期防尘效果。

1 白洞矿8106 工作面概述

白洞矿8106 工作面设计走向长度为1 400 m，倾向长度为220 m，工作面回采煤层为石炭系5 号煤层，煤层总厚为10.42～11.37 m，煤层普遍有5～8层夹石，夹石厚一般为0.20～0.40 m，夹石断断续续，不稳定。煤层属于稳定煤层，巷道在煤层中掘进时煤层结构、煤体基本无变化。

8106 工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺，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 号煤层结构复杂，煤体不稳定，采煤机在破煤、落煤以及防煤过程中工作面内产生高浓度粉尘，通过通风区现场监测发现，8106 工作面前期回采过程中，平均粉尘浓度高达103 mg/m3，能见度不足20 m，严重制约着工作面安全高效回采[1-4]。

2 粉尘来源分析

2.1 粉尘测定方法

目前煤矿井下对采掘工作面井下粉尘监测常见方法主要由X 射线衍射测定法、β 射线粉尘监测法、分光镜法以及重量法等；其中重量法在煤矿中最常用，但是该方法工序繁琐、劳动强度大，而分光镜法、X 射线衍射测定法对作业环境要求高，受限性大，无法实现井下多点连续监测的目的；所以8106工作面采用β 射线粉尘监测法对粉尘进行监测，在监测过程中主要通过监测仪直接读取环境粉尘浓度，具有测量精度高、工序简单以及受环境影响小等优点。

2.2 粉尘来源

8106 工作面回采期间通过现场观察发现，工作面粉尘来自于采煤机落煤、顶板放煤、移架以及转载等工序中；其中采煤机破煤、落煤工序中产生粉尘浓度最大，8106 工作面回采的5 号煤层结构复杂且不稳定，采用采煤机破煤过程中煤体伴随着破碎垮落现象，在工作面风流作用下产生大量扬尘，该处产生的粉尘点随采煤机而移动；工作面放煤时位于后刮板输送机处也会产生粉尘，由于后刮板输送机处分量不足，粉尘呈均匀分布状态；而装载点粉尘主要在卸煤过程中，在煤体自身重力作用下产生扬尘，由于转载点处存在防尘装置，该点粉尘浓度相对较小。

3 工作面综合防尘技术

由于传统喷雾降尘效果差，达不到预期防尘效果，所以决定对8106 工作面后期回采过程中采取“三位一体”的综合防尘技术。

3.1 煤层注水防尘

煤层注水前煤体间静摩擦力小，煤体内粉尘呈游离状态，而对煤体注水后不仅增加了煤体间黏着强度以及摩擦力，而且将内部游离的粉尘进行黏合成大颗粒煤泥块，从而降低了粉尘浓度，有效控制煤体片帮现象。

1）8106 工作面注水钻孔布置在回风顺槽侧煤壁上，采用专用钻机进行注水钻孔施工，钻孔深度为100 m，直径为75 mm，钻孔开口位置距底板间距为1.5 m，钻孔布置间距为10 m。

2）注水钻孔施工完后对钻孔内安装注水软管，软管一端与专用注浆泵连接，采用封孔器及膨胀水泥对钻孔进行封孔处理，然后进行高压注水施工，注水压力为5.0 MPa；当工作面回采距注水孔间距为5.0 m 时，停止注水施工。

3.2 多级喷雾降尘

1）为了提高静压水压力，减少压降，在8106 工作面上下顺槽处各安装一套直径为108mm 静压水管，同时在运输顺槽巷口处安装一台型号为BPW250/63 的加压泵，保证静压水压力不低于6.5MPa。

2）为了提高降尘效果，在8106 运输顺槽内安装了6 道净化水幕，水幕布置间距为200 m，其中第一道水幕距工作面间距为50 m，净化水幕主要由旋转喷头、螺旋杆等部分组成，装置安装在巷道顶板上，采用巷道内静压水作为旋转喷雾动力，同时配合防尘帘实现全断面喷雾的目的。运输顺槽旋转喷雾装置结构如图1 所示。

图1 运输顺槽旋转喷雾装置结构示意图

3）对工作面内安装一套KZD 自动定位喷雾系统，该系统主要由红外检测装置、采煤机定位装置、高压喷头以及控制器等部分组成；当采煤机在割煤时通过红外线检测装置以及定位装置确定采煤机位置，然后将采煤机位置信息发送至控制器内，控制器控制相应支架前方喷头进行喷雾降尘。

4）在卸载点处安装一套自动触碰喷雾装置（见图2），该装置主要由触碰杆、电磁阀、控制器、喷雾头、固定架等部分组成；触碰杆吊挂在距卸载点前方0.3～0.5 m 处，固定架与转载两侧进行固定；当转载机进行煤矸运输时，煤流在卸载过程中会碰撞触碰杆，控制器接收信号后通过控制作用打开电磁阀，从而实现自动喷雾；当转载机停止运转或空转时，触碰杆停止运动，控制器关闭电磁阀开关，停止喷雾。

图2 转载点自动触碰喷雾装置结构示意图

3.3 物理化学降尘

在头尾顺槽巷口处对静压水管内添加润滑剂，从而增加了喷雾颗粒吸附能力，加强降尘效果；同时将RTM 磁化器安装在喷雾管道内，对水流进行磁化，提高其降尘效果[5]。

4 应用效果分析

截止2021 年1 月8106 工作面已回采结束，对8106 工作面后期回采过程中采取“三位一体”综合防尘技术后，通过6 个月实际应用效果来看，大大降低了工作面粉尘浓度，通过实测，采取措施后工作面粉尘质量浓度降低至21 mg/m3,能见度提高至50 m 以上，保证了工作面安全高效回采，取得了显著应用成效。