3102综采面综合防尘降尘技术应用研究

屈 卓

（山西西山煤电（股份）有限公司西曲矿，山西 太原 030200）

1 工作面概况

西曲矿二井3102工作面走向长1540m，倾斜长145m，煤层平均厚度2.45m，煤层倾角48°，煤层结构松软，普氏系数f＜l。3102综采工作面为急倾斜煤层，在开采过程中割煤机组滚筒在对工作面煤壁截割时和煤炭在自溜及运输过程中产生大量粉尘，检测粉尘浓度高达300mg/m3以上，对职工的身体危害较大，还存在粉尘爆炸的安全隐患。因此，以3102综采工作面为研究对象，研究寻求科学、合理、有效的方法和手段进行粉尘治理，改善现场作业环境，防止煤尘爆炸事故，确保开采安全。

2 综合防尘降尘技术方案

2.1 煤层超前注水

针对3102综采工作面的实际情况，开展以下两项煤层注水试验，分别进行粉尘浓度测定以观察注水降尘效果，研究确定煤层最佳注水超前距离和注水量。若在3102风巷煤层超前注水试验中取得较好效果，则在3102机巷相应位置布置注水孔，与风巷同时进行注水。

2.1.1 静压注水

（1）注水方式。将3102南风巷原抽采钻孔作为煤层注水钻孔，利用现有的工作面防尘水压力对煤层进行静压注水。

（2）操作步骤。将3102南风巷内需要注水的顺层钻孔停止抽放，用三通和高压胶管将每个钻孔与供水管路连接，一次连接5～10个钻孔同时进行注水，实行先注后采，靠近工作面的注水钻孔距工作面大于10m。注水前，提前关闭3102南机巷内对应地点的瓦斯抽采汇流器，防止水流进入抽采管路影响抽采效果。

2.1.2 高压动压注水

高压动压注水系统如图1所示。

（1）注水方式。利用原3102南风巷的抽采钻孔作为煤层注水钻孔，利用现有的工作面乳化泵水压力，对煤层进行高压动压注水。

（2）操作步骤：

① 将原3102南风巷施工的顺层钻孔停止抽采，用手持式气动钻机、专用扩孔钻头对钻孔封孔段进行洗孔、清理、畅通，扩孔段长度应不低于6m。然后采用专用快速煤层注水封孔器进行封孔，封孔长度不低于6m，封孔后将封孔器用高压胶管与供水管路连接起来。

② 若扩孔长度达不到6m时，将焊有快速接头4分白铁管（2m/根，先插入的一根里端缠上纱布堵浆）插入钻孔抽采管内，然后向白铁管外壁与抽采管的缝隙内注入波雷因进行充填，插入的白铁管不少于2根，封孔后将白铁管用高压胶管与供水管路连接起来。封孔后待波雷因凝固达到规定时间后进行高压动压注水。

③ 当直接向抽放孔内插入4分白铁管无法实施时，则采用ZY-150型钻机重新在预定注水位置重新施工注水钻孔，钻孔深度不低于40m，采用专用快速注水封孔器封孔或焊有快速接头25mm白铁管配水泥浆或波雷因封孔，封孔长度不低于6m。

图1 高压动压注水系统示意图

（3）最里的一个注水孔距工作面上出口的距离根据方案试验情况确定，但不应小于10m和大于20m，一次连接4～5个钻孔同时进行注水，实行超前预注水。注水前要提前关闭注水点对应的3102南机巷位置的瓦斯抽采汇流器，防止水流进入抽采管路影响抽采效果。

（4）前期准备工作。由采煤队在注水点20m外的乳化泵管上提前设好三通、闸阀，由通风队负责加工带有高压表（量程不小于24MPa）、高压流量表的直通及乳化泵管。

（5）注水压力。采用动压注水（乳化泵注水），将泵压控制到5～10MPa。

2.1.3 脉冲动压注水

封孔方式与高压动压注水类似，但采用脉冲泵作为注水的动力。煤层注水时根据现场实际情况选择以上三种方式中的其中一种或几种。实施煤层超前预注首先采取静压注水，注水时要对工作面注水前后进行粉尘浓度测定以观察注水降尘效果，如静压注水得不到预期的效果则改为高压动压注水，高压动压注水前后也需对工作面粉尘浓度进行测定。如煤层超前注水对工作面降尘达到预期效果，则在对应3102机巷相应位置布置注水孔与风巷同时进行注水。

2.2 ZPZ127综采工作面自动高压喷雾降尘应用

2.2.1 降尘原理分析

ZPZ127综采工作面自动高压喷雾降尘装置示意图如图2所示。将GKT5L煤矿用设备开停传感器、水位探头等所采集的信号送至主机，主机对不同传感器所采集的信号分别进行处理，根据不同的处理信号结果对电动球阀、启动器和注水泵进行相应的控制，使喷雾和采煤机的工作同步，实施帷幕降尘。喷雾产生的帷幕包裹重点产尘区域，机组人员活动区域形成气流负压，净化矿工工作环境。该降尘装置采用高速雾粒与尘粒交叉撞击的机理，避免一般喷雾对难溶性粉尘降尘率低的难题。当喷雾射流撞击到煤壁时所有粉尘加速降落，提高降尘率，实现与不同煤矿粉尘粒度和雾化粒度配比契合关系，根据现场粉尘性质配置不同雾化喷头，实现粉尘粒度与雾化粒度配比更合理，降尘效果最佳化。

图2 ZPZ127综采工作面自动高压喷雾降尘装置示意图

2.2.2 设备配备

综采工作面用自动洒水降尘装置主要由ZPZ-127自动洒水降尘装置主机、GKT5L煤矿用设备开停传感器、水位探头、QBZ-80/1140（660）矿用隔爆型真空电磁起动器、DFB-20/10Q矿用隔爆型电动球阀、自控水箱、YBK2-180L-4煤矿井下用隔爆型三相异步电动机、BZW63/12.5煤层注水泵等装置组成。

2.2.3 装置安设

DFB-20/10Q矿用隔爆型电动球阀、自控水箱和加压泵安设在3102南风巷绕巷处，并用l9mm的钢编管连接至割煤机外喷头。电气设备安设在3102南风巷设备处，设备调试正常运转时可无人值守。

2.3 安装汽水喷雾防尘装置

汽水喷雾防尘装置降尘示意图如图3所示。在原有防尘喷雾上增加压风装置，以风动力致使防尘水在喷出后雾化效果更好，使水雾更能有效地捕捉煤在转运过程中所产生的粉尘。装置安设在工作面下出口1～10号支架处和转载机处。选用Ф10mm的三通接头，连接在原防尘装置的进水端，将三通一端的进口连接防尘水管，另一端连接压风。

图3 汽水喷雾防尘装置降尘示意图

2.4 合理调配工作面风量

通过加强采空区瓦斯抽采，降低工作面瓦斯涌出量，在保证工作面瓦斯不超限的情况下适当调小工作面配风量，以降低在割煤时和煤在转运时产生的粉尘飞扬。

3 综合防尘降尘技术方案的实施

2018年2月，西曲矿二井通风队在3102工作面10号至5号支架处、转载机处安设3组汽水喷雾防尘装置，以风动力增加喷水雾化效果，增大有效捕捉煤炭在自滑及运输中产生的粉尘。

在3102机巷胶带机头、中部转运巷胶带机头各安设了1组ZP-127矿用自动洒水降尘装置（胶带转载点喷雾）。该装置配合触控传感器实现胶带机头自动防尘，即在胶带有物料时开启防尘水幕进行防尘，无物料时自动关闭防尘水幕。

2018年2月中旬，南二井通风队将原3102南风巷距工作面30m的顺层钻孔（长度大于40m）按每5个为一组作为注水孔，采用静压注水方式对3102工作面煤体进行了注水，注水压力0.5～1MPa。3月中旬，将每组注水钻孔个数由5个调整为10个，继续采用静压注水方式进行煤层注水。5月上旬，将煤层注水距工作面的距离由30m调整为25m。6月下旬，将煤层注水距工作面的距离由25m调整为15m。至2018年9月30日，累计注水量为574m3。

从2018年2月开始，在3102工作面进风侧、回风侧设置测尘点，每月对工作面进行不少于3次的粉尘浓度测定，测定仪器采用CCGZ-1000直读式测尘仪。每次测定分为：注水前割上刀煤上段、下段，使用气水防尘喷雾时，注水后割上刀煤上段、下段，注水后割下刀煤。使用ZPZ127自动高压喷雾降尘装置时进行粉尘浓度数据对比，对工作面综合防尘效果进行考察。

4 效果与结论

3102工作面综合防尘降尘技术措施完全适合该矿采煤工作面粉尘防治。经测定工作面粉尘浓度在由300mg/m3以上下降至95～110mg/m3，下降65%以上，实施效果好，改善了现场作业环境，保证了工人的身体健康，减少了粉尘对机械设备磨损，增加了精密仪器的使用寿命，消除了因粉尘浓度过高潜伏的煤尘爆炸危险，确保了3102工作面的安全生产。