煤矿防尘降尘的改进措施研究

贾燕飞

（柳林县煤炭工业局，山西 柳林 033300）

金家庄煤矿位于山西省柳林县，隶属于山西柳林兴无煤矿集团。矿井设计生产能力为120万t/年，矿井可采储量1.2亿t，主采煤层为4-2煤层，煤层平均厚度8.33m，f=3.0～3.5。该煤层采用放顶煤采煤工艺，在采煤、落煤、运煤过程中产生大量煤尘。2015年7月煤炭科学研究总院重庆研究院对该煤矿4-2煤层进行煤尘采样爆炸性鉴定，鉴定结果为“煤尘具有爆炸性”。对该煤矿职业病危害因素检验表明，采煤过程、原煤运输系统和辅助运输系统职业病危害的主要原因是煤尘。因此，该矿非常重视煤矿的防尘降尘工作，在原有防尘降尘措施的基础上进行优化改进，希望能进一步提高防尘降尘效果。

1 井下产尘原因分析

1.1 井下产尘点概况

金家庄煤矿井下产尘点主要分为：（1）采煤点产尘，包括采煤机割煤、综掘机割煤；（2）落煤点产尘，包括放顶煤支架放煤过程、支架移动等环节；（3）运输转载点产尘，支护作业、爆破作业以及破碎机破碎作业产尘；（4）巷道锚喷作业产尘。综放采煤工作面产尘源主要有割煤、移架、放煤等工序和转载、破碎等生产环节，其中机组割煤是工作面最大的产尘点，其次为移架、破碎、放煤工序。掘进工作面产尘源主要有掘进机割煤、扒装、转载、顶帮锚杆支护、爆破等工序。

1.2 防尘工作的重点

综放工作面机组割煤产尘量最大，是防尘工作的关键，其次为移架、放煤、破碎等工序，是防尘工作的重点；掘进工作面防尘重点依次为掘进机割煤、支护打眼作业、掘进机运输转载、临时避难硐室爆破作业等工序。

2 井下防尘降尘用水存在问题

金家庄煤矿井口绝对标高+833.6m，主采煤层标高+438m，落差396m，工业场地内设置两个700m3的静压蓄水池，通过两趟Φ273mm管路通往井下，配合Φ100mm管路给井下各个用水点供水。在该煤矿的生产实践当中，随着供水管网公称直径的缩小，供水压力及流量有明显减小趋势。在综放面生产过程中，随着各开采机械设备用水量的增大，供水量及供水压力接近高压喷嘴最小雾化值，导致采煤机喷雾雾化、支架喷雾雾化效果差，用水效果不佳导致了防尘降尘效果较差。

3 综合防尘降尘技术应用

3.1 综采面高压喷雾泵应用

金家庄煤矿4-2号煤层，煤质坚硬，煤壁孔隙率在4%以下，莫氏硬度接近3.5。在煤机割煤作业阶段，该工作面的产尘量达到最大值。试验结果表明采用煤层注水软化措施无降尘效果，未采用煤层注水作业。

该煤矿结合4-2号煤层的实际工况，选用江苏无锡煤矿机械厂有限公司生产的BPW320/6.3型喷雾压力泵，该泵设计输出流量320L/min，输出水压6.3 MPa，通过连接平巷供水管路，二次加压、过滤后再向采面各用水点供水，见图1。

图1 采煤机外置喷雾雾化示意图

喷雾泵使用前后高压喷嘴射程对比情况见表1所示。

表1 喷雾泵使用前后高压喷嘴射程对比

使用加压泵后，采面供水流量及供水压力均得到明显改善。经过试验，综放面喷雾出水压力达到4.8MPa以上，雾化射程由0.6m增加到2.2m以上，覆盖面积提高14倍以上。在生产活动中，即使将采面支架喷雾全部打开后，也不影响喷雾雾化效果，取得明显降尘效果。

3.2 喷雾改进实践应用研究

3.2.1 综采面煤机外喷雾改进

金家庄煤矿综放面采用MG400/930-WD型双滚筒采煤机，设备出厂配备内、外置喷雾。内置喷雾安装在割煤滚筒上，因割煤作业而导致喷嘴极易堵塞，甚至损坏，故在割煤机割煤作业中，外置喷雾在降尘方面起主导作用。因为采煤机滚筒旋转割煤，截齿会将大块煤卷起翻过滚筒摇臂，然后落入前刮板输送机。在此过程中，煤块及夹矸极容易将喷雾装置砸坏，特别是在清扫底煤时，情况尤为突出。因为喷嘴损坏，煤机司机不得不停止生产，进行喷嘴维护。针对这种情况，该矿改进了采煤机外置喷雾位置，给喷雾喷嘴加装环形保护套，改进后的采煤机外置喷雾见图2所示。

图2 改进后采煤机外置喷雾示意图

综放工作面通过使用喷雾加压泵及对采煤机外置喷雾的简单改动，调整喷嘴方向，使得喷雾射程覆盖煤壁、落煤点，加之喷雾泵增加供水压力，在采煤机附近降尘取得明显效果。

3.2.2 综采面支架后尾梁喷雾改进

金家庄煤矿主采煤层平均煤厚7.43m，采煤机一次采高3.3m，放顶煤4.1m，前后刮板输送机运煤量大致为1:1.25。在放顶煤作业环节中，随着后尾梁插板对顶煤的不断破碎，大块煤对后尾梁喷雾损害十分频繁。据支架工不完全统计，一个工作班支架后喷雾平均维护次数达到4次以上。后置喷雾失效，大量煤尘随风流直接进入回风巷。针对后置喷雾易被挤坏的现象，该矿根据生产实际，铸造方形抗冲击喷嘴保护套，有效保护了后置喷嘴，延长了其使用寿命。

3.2.3 巷道回风捕尘帘的应用

在金家庄煤矿井下，通过加装喷雾泵，改善供水压力，加强喷嘴维护，井下作业环境得到了改善。为进一步提高降尘效果，金家庄煤矿井下利用镀锌纱网（200目）设计巷道捕尘帘，安设在重点产尘巷道下风侧，配合断面喷雾，取得了不错的降尘效果。捕尘帘下风侧相对于捕尘帘上风侧全尘浓度由39.7mg/m3降低到3.0mg/m3； 呼吸性粉尘浓度由22.9mg/m3降低到 2.0mg/m3。

3.2.4 进风、回风巷道断面喷雾改进应用

常规断面喷雾为直杆型，悬挂于巷道中上方，喷嘴向下安置，如图3所示，喷雾无法覆盖直杆喷雾上方的空间，将断面置于巷道顶板，则增加喷雾维护难度。为此，金家庄煤矿结合巷道断面形状，改进断面喷雾。将直杆型弯成环状，在环状杆上向外均布高压喷嘴，悬挂于巷道中上部，实现了喷雾辐射范围对巷道断面的全覆盖。改进后巷道断面喷雾辐射范围由19.2m2增大到22.4m2。大巷断面设计为4000×5000mm三心拱巷道，使用环形喷雾较普通辐射范围更大，巷道拱基线以上断面可以全部覆盖，如图4所示。

图3 普通直杆喷雾示意图

图4 改进后环形喷雾结构示意图

4 工作面现场管理措施

（1）强化矿井“一通三防”现场管理，切实做到指派专人进行现场防尘设施管理。消灭井下积尘，制定洒水除尘制度，定期对矿井主要大巷、采掘工作面、回风巷进行洒水除尘，杜绝煤尘堆积；（2）建立健全矿井粉尘监测机构，及时对井下的粉尘浓度、粉尘分散度、游离含量进行分析检测，为防尘措施提供依据；（3）加强职业卫生培训，提高职工职业危害认识，让职工注意自身的个体防护。

5 降尘防尘设备改进效果分析

2016年8月，金家庄煤矿进行职业病危害因素检测。该次检测共测定总粉尘（个体）时间加权平均浓度样品29个，浓度范围0.67～4.88mg/m3，粉尘浓度符合职业接触限值29个，合格率100%；呼吸性粉尘（个体）时间加权平均浓度样品29个，浓度范围0.21～1.29mg/m3，粉尘浓度符合职业接触限值29个，合格率100%。

金家庄煤矿通过近几年来对井下降尘防尘设施设备的不断改进，井下生产作业环境明显改善，真正做到了“安全生产、预防为主、综合治理”。