陈蛮庄煤矿主采煤层综合防尘实践

常晓伟　石　勇

(山东能源肥城矿业集团单县能源有限公司)



陈蛮庄煤矿主采煤层综合防尘实践

常晓伟石勇

(山东能源肥城矿业集团单县能源有限公司)

摘要为有效解决陈蛮庄矿粉尘危害问题，通过分析粉尘的物化性质和产尘机理，总结和改进现有防尘技术，推广二次负压除尘应用，创新喷雾走廊的布置方式,采用煤层注水、架间喷雾、采煤机组喷雾、转载点喷雾及回风巷全断面喷雾等综合防尘措施，使综采工作面作业环境得到了明显改善，为煤矿安全高效开采提供技术保障。

关键词粉尘浓度综合防尘清洁生产

随着近年来综采工作面机械化程度的提高，综采工作面煤尘危害对井下作业人员的生命安全和矿井的安全生产造成的威胁愈加严重[1]。陈蛮庄煤矿主采煤层(3层)主焦煤具有低中灰、中等挥发分、强粘结性、易泥化等特点，生产过程中粉尘危害严重，尤其是综采工作面的粉尘浓度严重超标，为实现有效降尘，改善作业环境，必须采取综合防尘措施，即以煤层注水抑尘为主，液压支架、采煤机、转载点水雾强力降尘以及回风巷全断面喷雾走廊捕尘为辅，达到预期目的。

1煤层注水

在工作面回采前进行煤体预注水，根据煤层的厚度、渗透特性、工作面长度及巷道布置等，注水孔分为单向、双向及扇形钻孔布置方式[2]。陈蛮庄煤矿煤层渗透性较差，煤层平均厚3.5 m，工作面倾斜长180 m、走向长1 800 m，煤层注水孔适合采用双向钻孔布置。

注水方式主要分静压注水和动压注水2种。在静压注水中，注水流量随钻孔中注水阻力的变化而变化，是一不确定值;在动压注水中，若泵的流量和同时注水孔数确定后，单孔注水流量就是一确定值。根据国内外经验，若注水时间允许，采用长时间小流量注水对煤层湿润效果较理想[2]。

陈蛮庄矿煤层可注水性较差，用常规注水方法难以达到理想效果。为此，采用“钻、扩、压一体化技术”解决注水问题，注水孔布置见图1。

首先在顺槽煤帮中部依次按3 m间距钻注水深孔a，孔径为50 mm，孔深90～100 m，达到工作面长度的2/3以上；然后再均匀钻扩压裂孔b，孔径为110 mm，孔深60 m。钻孔完成后，用水泥浆对a孔进行深孔封闭，长度不小于8 m，b孔封孔长3 m以上；然后从a孔注水，水压在8Mpa左右，注水过程中钻孔内水压逐步增高，当达到最高值时，由于陈蛮庄矿煤质极为松脆，图1阴影区域就会破碎，使水与煤较充分亲和，从而实现注水要求。

图1　煤层注水孔施工布置

该注水方式显著提高注水效果，煤层含水量由原来的2.1%提高到5.3%,,从而达到了源头控制煤尘的效果。

2液压支架间除尘

采用ZJC-2型自动架间除尘器(图2)。该装置具有4大特点：一是因为水源压力达到7 MPa以上，除尘器喷射的雾柱能形成一定的有效水幕，水幕形成强大压力的“水幕墙”，阻挡上风相邻支架动作时产生的粉尘，从而将降架或移架时产生的煤尘分隔在一定的区域内[3]；二是所喷水雾雾化颗粒较为理想，喷头采用螺旋通道方式，高压水在喷头内部形成短暂旋流，亦可增大喷出压力和雾化水平，增加与煤尘的接触几率，同时很好地与煤尘亲和；三是有一负压吸尘口，当高压水从喷雾装置中喷出时，喷雾杆就形成了一个负压腔，随着压力的增大，负压腔的负压也会加大，使得装置的吸尘罩能够把空气中的煤尘再次吸入喷雾内，二次灭尘，提高了灭尘效率[4]；四是与支架的液压系统共用，上风口邻架拉架、升降顶梁时，可实现自动喷雾。

图2　液压支架架间自动喷雾装置示意

由于该装置的水压较大，雾化效果显著提高，加之二次负压技术在现场的应用，对降低煤尘浓度起到关键作用，经现场实测，液压支架附近总粉尘浓度降低85%。

3采煤机除尘

采煤机是综采工作面的核心设备，也是综采工作面产尘量最大的设备。除采用一般采煤机内喷雾装置外，还采用了GCMC-2型除尘器进行采煤机外喷雾灭尘，该机型同样应用了负压二次降尘技术，是目前国内最先进的一种(图3)[5]。采煤工作面各工序平均产尘浓度统计见表1。

图3　GCMC-2型负压二次除尘器实体

生产工序测尘点位置平均粉尘浓度/(mg/m3)无措施全尘呼吸性粉尘综合防尘后全尘呼吸性粉尘综合降尘率/%采煤机割煤机组回风侧10m处95.225.08.92.191移架作业支架回风侧5m处78.020.86.71.891运煤作业胶带回风侧10m处56.317.74.51.392

由表1看出，在采取煤层注水、采煤机除尘和液压支架除尘措施后，综采工作面主要工序的粉尘浓度得到了有效控制，综合降尘率达到91%以上。

4转载点除尘

4.1转载点封闭

综采工作面装煤和运煤过程都存在转载点，转载点落煤时会形成二次扬尘。首先对转载点进行全封闭，确保了转载点落煤时扬起的煤尘全部封闭在一定的空间内，从而改善作业环境的空气质量。

4.2转载点自动喷雾

结合陈蛮庄矿煤质易泥化的特点，避免出现皮带“拉水煤”的情况，不能采用常开式喷雾。在封闭的转载点内采用ZPC-127型触控自动喷雾，该装置实现与皮带机联动，避免了常开式喷雾水量过多的问题，同时有效控制煤尘浓度[6]。陈蛮庄矿在采用封闭式转载点加自动喷雾的方式后，转载点的降尘率高达90%以上。

5回风巷喷雾走廊除尘

5.1喷雾走廊的布置

胶带顺槽是采煤面的回风巷道，粉尘浓度大，为把粉尘浓度降到最小，创新性采用安设喷雾走廊的方式布置捕尘帘水幕，在胶带顺槽距切眼50 m处安设第一道可伸缩、可调节的全断面捕尘帘喷雾，每隔5 m增设一道，共安装3道，组成一组10 m长的喷雾走廊(图4)。

图4　可伸缩、可拆解全断面喷雾走廊

5.2全断面喷雾装置设计

该喷雾装置采用可拆卸、可伸缩设计，随着采煤工作面推进，全断面喷雾装置可以移动，实现重复利用，安装、维护、回撤方便，并可以节约材料成本。

喷雾杆采用铝塑管材质，具有耐腐蚀、轻便、免维护等特点，可以根据需要剪裁长度、设置喷射角度、改变形状。通过在井下安装实践，可靠性极高。

根据避免相邻2个喷头水幕交叉而需要的最小间距原则，设计喷头间距为0.4 m。通过试验发现3道喷雾的喷头安装角度分别与顶板成30°、45°、90°时效果最好。喷雾框架全部覆盖φ1 mm的纱网，可以最大程度捕尘、降尘。

6结语

针对陈蛮庄矿煤质强粘结性、易泥化、可注水性差的特性，采取以“钻、扩、压一体化技术”煤层注水为主，结合负压二次除尘、高压喷雾、转载点全封闭和回风巷喷雾走廊等综合防尘措施，有效降低了综采工作面的粉尘浓度，现场作业环境明显改善，达到清洁生产的要求。这一系列措施可为同行业防尘工作带来一些借鉴和参考。

参考文献

[1]程为民，刘伟，聂文，等.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势[J]．山东科技大学学报，2010，29(4)：77-82．

[2]郑光祖．矿尘防治技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2009．

[3]张延松;高压喷雾及其在煤矿井下粉尘防治中的应用[J].重庆环境科学，1994(6):32-36.

[4]王利京，李五强，张学钊.采煤机负压二次降尘装置的实践与应用[J].煤炭工程，2008(4)：48-49.

[5]钱尊兴，李玉元.采煤机高压喷雾及负压二次降尘技术的试验与应用[J].工业安全与环保，2001(10)：7-8.

[6]梁彤，综采工作面喷雾除尘技术研究[D]．北京：北京科技大学，2003．

(收稿日期2015-12-14)

常晓伟(1987—)，男，助理工程师，274300 山东省单县。