强力外喷自动加液装置在回采工作面防尘中的应用

陈文斌

（太原矿山设计研究院，山西 太原 030012）

引言

综采放顶煤采煤方法具有高产、高效、低耗等优点，但这种采煤方法由于开采强度大、产尘尘源多、产尘量可高达2 000～5 000 mg/m3，因而对尘毒的防治难度大。在生产中，由于高浓度粉尘使作业场所的劳动卫生条件急剧恶化，严重地制约了这种采煤方法的推广应用。

1 回采工作面工艺及特征

150103回采工作面煤层位于太原组下段(C t1)下部。

3上距K2灰岩平均20.95 m；下距K1砂岩平均2.61 m，距奥灰顶面43.35 m。该煤层厚度2.08～5.46 m，平均厚度4.28 m。煤层结构简单，夹矸0～1层。煤层顶板多为泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。原煤水分的质量分数：0.36%～0.61%；平均0.45%。

150103回采工作面综采放顶煤工作面回采工艺为：机组端头斜切进刀→采煤机割煤→移架→推移前刮板输送机→放顶煤→移后刮板输送机，工作面采用间隔多轮循环放煤方式。采高2.00 m，放顶煤平均高度2.28 m，采放比为1:1.27， 采用双向割煤方式，采煤机在工作面的进刀方式，采用端部斜切进刀方式，进刀割煤长度30 m。工作面采用“二刀一放”追机作业，放煤步距1.6 m。

150103回采工作面工作面长度为150 m，走向长度475 m，工作面布置运输顺槽，回风顺槽、内错瓦斯抽放巷和高抽巷。工作面采煤机选用MGTY250/600-1.1D型采煤机，前后刮板输送机均选用SGZ630/220型准边双链刮板输送机，顺槽破碎机选用PCM110型高效破碎机，顺槽带式输送机选用DTL100/80/90×2可伸缩带式输送机。

2 回采工作面防护设施分析

综放工作面煤层注水工作面运输顺槽打长钻孔注水，钻孔间距20 m，单孔钻孔注水量1 100 m3左右。注水泵型号为MZB-100/150A，注水泵流量6 m3/h，压力15 MPa。

回采工作面采煤机内外喷雾系统配备BPW315/10K型喷雾泵2台，1用1备，喷雾系统应与采煤机联动。液压支架的产尘源及放煤口设置移架喷雾防尘装置，并通过喷雾泵加压达到10.0 MPa。

回采工作面顺槽铺设管径均为Φ89 mm×3.5 mm（壁厚），运输顺槽、回风顺槽距工作面50 m和距总回风20 m各设1道自动控制风流净化水幕，净化水幕能覆盖全断面。

3 CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置

该矿井使用CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置当前国内外同类技术设备相比有六大特点：体积小，降尘效果好，该产品固定在采煤机上使用方便，不给工作增加任何辅助工序；没有任何电器设备，能够自动降尘，实现了本质安全；由于采用降尘剂和高效雾化的水源共同灭尘，降尘效果好；由于喷雾系统安装在采煤机上，避免了喷嘴经常补堵现象，保证了喷雾的连续性；球形喷头和平面喷头的联合使用，增加了司机能见度，保证了巷道成型；由于该装置安装流量调解设备，保证了不同条件下的流量调节和雾化程度，具有很强的适用性。采煤机加装CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置效果见图1，CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置技术参数见表1。

图1 加装CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置效果图

表1 CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置技术参数

4 回采工作面粉尘检测及分析

1）采样依据及分析方法（见表2）。根据《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》GBZ159-2004的要求设置具有代表性的监测点进行采样，实验室分析依据《工作场所有害物质测定方法》GBZ160-2004，现场检测采用仪器真读法[1]。

表2 采样依据及分析方法

2）采样点设置。检测点设置依据《煤矿作业场所职业危害防治规定（试行）》（安监总煤调[2010]121号）和《建设项目职业病危害评价规范》的有关检测点设置原则进行设置[2]。工作场所空气中粉尘GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值第一部分：化学有害因素》执行。煤尘（游离w（SiO2）<10%时）PC-TWA（mg/m3）接触限制总尘8 mg/m3，呼尘5 mg/m3[3,4]。

3）粉尘检测结果分析（见表3～8）。

表3 粉尘中游离二氧化硅含量检测结果

通过使用CZPZ-1型采掘机强力外喷自动加液装置前后粉尘检测结果分析可以看出：第一，游离二氧化硅通过表3前后对比数据差别不大，其主要由煤层性质决定。第二，粉尘分散度（见表4）矿尘分散度表征煤体被粉碎的程度,是指矿尘整体组成中不同粒径范围内的尘粒的体积质量。它是衡量矿尘颗粒大小的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要因素。现场收集巷道不同距离处底板、顶板及两帮的沉积煤样，在实验室用显微镜法对各采样点的粉尘分散度进行了测定[5]。通过对表4、表5结果分析表明：在回采工作面使用强力外喷装置后，粒径粉尘的分散度数量从1 156减少至785个，说明降尘效率明显，同时总体趋势是2～5 μm粉尘的累计个数百分比由70.4%增加92.0%，除去采样效率因素外，说明大于5 μm粉尘通过装置大部分已除去，装置对大于5 μm尘粒效果明显，本次测试没有添加降尘剂，如果填加后通过液体表面张力可能加大对5 μm以下起到很好的作用，有待进一步研究。第三，通过表6分析，工作面湿度由41%增加至55%，作业人员的舒适感及整个回采工作面的作业环境影响不大，但如果随水量加大引起湿度持续增加，会对工作面的能见度和舒适感造成很大的影响。第四，通过表7和表8可以看出，使用CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置后，回采工作面的总尘浓度比原来降低16.46%～54.61%，呼尘浓度比原来降低3.27%～40.95%[1,6]。

表4 增加CZPZ-1型前粉尘分散度检测结果

表5 增加CZPZ-1型后粉尘分散度检测结果

表6 气象条件的比较

表7 增加CZPZ-1型前粉尘浓度（体积质量）mg/m3

5 结论

1）150103回采工作面综采放顶煤工作面原来使用内外喷雾装置对割煤时粉尘进行喷雾除尘，操作程序复杂、喷嘴易堵，且喷雾造成司机操作时能见度下降，影响开机率及割煤进度，不能保证回采工作面产量和作业环境，迫切需要对喷雾除尘系统进行改造、优化，以满足安全生产要求。

表8 增加CZPZ-1型后粉尘浓度（体积质量）及除尘率

2）150103回采工作面首次使用CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置中，只需将工作面风水管路通过软管直接连接至气水混合装置（固定在综掘机上），司机打开控制阀即可喷雾降尘，操作简单方便。该装置的喷雾系统的喷头采用两边球形，中间平面的组合方式，解决了司机割煤时能见度低、采煤机效率低的难题。保证了采煤机割煤进度，提高了工时利用率。

3）CZPZ—1型采掘机强力外喷自动加液装置在回采工作面使用过程中，太原矿山设计研究院进行了跟踪统计，经测定，降尘率达50%左右，设备正常使用率达100%，采煤机开机效率提高，该设备使用效果良好，得到了广泛认可，下一步计划在全矿所有综采放顶煤工作面推广普及。

[1]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ/T 192.1-2007工作场所空气中粉尘测定，第1部分 总粉尘浓度 [S].北京:中国标准出版社,1-2.

[2]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ159-2004, 工作场所空气中有毒物质监测的采样规范[S].北京:中国标准出版社,2-8.

[3]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ/T 192.4-2007，工作场所空气中粉尘测定 第4部分 游离二氧化硅含量[S].北京:中国标准出版社,1-3.

[4]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ2.1-2007,工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素[S].北京:中国标准出版社,13-15.

[6]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ/T 192.2-2007工作场所空气中粉尘测定 第2部分 吸性粉尘浓度 [S]. 北京:中国标准出版社,1-2.

[5]中华人民共和国卫生部政策法规司编著.GBZ/T 192.3-2007，工作场所空气中粉尘测定 第3部分 粉尘分散度[S].北京:中国标准出版社,1-3.