潞宁矿22116综采工作面综合防尘措施及效果研究

白建喜

(潞安化工集团 潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036706)

粉尘是煤矿五大灾害之一。高浓度粉尘能够引发尘肺病、心脑血管疾病，甚至造成煤尘爆炸。尘肺病是我国第一大职业病，严重危害工人身心健康。煤尘瓦斯爆炸是最严重的煤矿动力灾害，比例远超普通瓦斯爆炸。采煤面是煤矿井下主要产尘点之一，某些矿井粉尘浓度最高可能达到3 000 mg/m3。机械化采煤效率高，但也产生了大量粉尘。本文针对潞宁矿22116综采面研究了其粉尘产生的主要特点，提出了高效的粉尘治理技术方案，为其他相似矿井提供参考。

1 工作面概况

潞宁矿位于山西省忻州市宁武县，隶属于潞安化工集团，年产煤210万t，煤种为低灰、低磷、特低硫、高发热量的气煤。22116工作面属于侏2号煤层，平均倾角为4.5°，工作面平均走向长度为1 877.233 m，倾向长178.6 m，面积约为335 273.8 m2，可采段煤层厚度3.5 m，容重为1.48 t/m3，预计可采储量约173.6万t。工作面位于井田二二区采区中下部，上部为二二采区22114采空区，煤柱12 m，下部为二二采区22118回采工作面，煤柱10 m，西南为2号煤层采区三条下山，东北部为二二采区三条下山。利用MG500/1140-GWD采煤机走向长壁一次采全高，日产煤4 000 t。

2 综合降尘方案设计与效果评估

2.1 采煤面综合降尘技术

依据潞宁矿22116综采面的特点构建了适用于采煤机的泡沫降尘系统，如图1所示。发生泡沫所用的高压水由直径25 mm、耐压强度10 MPa的高压胶管输送至发泡剂添加装置，压力水流经射流引射装置，在装置内部形成负压吸入发泡剂混合形成均匀的发泡液，发泡液通过分配器后向左右两侧滚筒输送，然后再至自吸空气式发泡装置，见图2，分别服务于采煤机左右滚筒，发泡剂溶液从发泡装置入口高速射出，自动吸入15～20倍于液体流量的环境空气，被吸入的空气经加速、压缩，直至被粉碎成离散相的小气泡，被液膜隔开，生成大量气液两相泡沫，再通过分配器分散运输至滚筒附近的喷头处喷射，分别对采煤机截割滚筒产尘源进行覆盖，快速沉降浮尘。

图1 泡沫抑尘系统安装与布置示意

图2 安设于采煤机上的自吸空气式发泡装置

采煤机滚筒割煤破碎是最主要的产尘点，因此泡沫主要向滚筒周围喷射。喷头入口直径38 mm、出口槽宽6 mm，两只喷头的扩散角均为80～90°，泡沫喷射流型为弧扇形，实现泡沫与粉尘的充分接触，泡沫喷头实物见图3。

图3 泡沫喷头实物

在22116综采工作面，随采煤机实时移动的电缆槽里只能放置1趟电缆管和1趟水管，无法再加入压风管路，传统的发泡方式无法实施。该泡沫抑尘系统无需提供压风管路，彻底解决了这一难题。其要求的水源压力为5～6 MPa，流量1.5～2.0 m3/h。

采煤机开始截割前打开供水阀门，先用清水冲洗管路。采煤机开始截割作业时，打开控制阀门，发泡剂与水混合均匀后形成发泡液，通过自吸空气式旋流发泡装置制备出降尘泡沫，通过泡沫运输管路输送至喷头处向滚筒周围喷射。而后观察泡沫喷射流型和泡沫形态，通过调节阀门改变发泡剂、水量、风量等的添加量，经过多次现场实验，发现最佳的发泡剂添加比例是1%的水量。同时，还要调整喷头角度以及在滚筒摇臂上的安装位置，实现泡沫对滚筒的最佳包裹。

表1 不同位置的粉尘浓度

除了采煤机滚筒截割产尘以外，液压支架在移架过程中也会产生大量粉尘。采煤机持续前移割煤时顶板需要支架前推继续支撑，此时支架先下落，然后前移，最后再向上支撑。在这个过程中支架与顶板强烈挤压会产生大量粉尘，但这些粉尘在支架顶端无法下落，当支架移架时粉尘从两台支架中间的缝隙掉落至人行道和工作面中，加剧了工作面粉尘污染。支架前移时，其顶部后方的煤体碎块会沿着支架斜臂掉落，掉落过程中煤体相互碰撞也会发生破碎产尘。因此，在两台液压支架中间的顶部安装扩散角为60°的两组大流量喷头，控制顶板掉落的粉尘；在尾部安装两个扩散角为45°的小角度喷嘴，控制尾部落煤产生的新粉尘及扬尘，如图4所示。

图4 支架喷雾示意

虽然已经采用了采煤机滚筒泡沫抑尘和液压支架架间喷雾降尘技术，采煤面作业过程中仍然会有部分残余粉尘随空气向回风巷运移，因此在回风巷设置一个全断面的水幕帘用以捕集空气中的粉尘。水雾喷射到带有网孔的布帘上，水滴在网眼中间形成水膜，能够保证对通过粉尘的捕集效率。虽然水幕帘是二次的被动除尘技术，但由于其直接作用于全断面的粉尘，因此治理效果十分明显。网眼孔径为4 mm，周围布置全自动雾化喷嘴，水雾所用水的水压为1.5 MPa，喷嘴的开闭通过红外传感器控制，当检测到有行人通过时自动关闭供水开关，以免水雾打湿作业人员的衣服。

图5 粉尘浓度超限自动喷雾空间布置正视图

2.2 降尘效果

根据我国对作业空间粉尘浓度的要求，在采煤机后方和回风巷与工作面交界处均布置1个测尘点以计算除尘效果，利用直读式测尘仪测量粉尘浓度，每次测量都同时测定呼吸性粉尘和总粉尘浓度，而后根据公式(1)计算降尘率。

(1)

式中：μ为除尘率，%；c1为没有降尘措施时的粉尘浓度，mg/m3；c2为采用综合降尘措施后的粉尘浓度，mg/m3。

通过采用泡沫降尘技术、支架架间喷雾、巷道水幕帘三种技术综合治理粉尘以后，采煤机后方10 m处的总粉尘降尘率高达91.2%，浓度从1 103.4 mg/m3降低到97.1 mg/m3，呼吸性粉尘降尘率达到90.2%，浓度从559.8 mg/m3降低到55.1 mg/m3，水幕帘后方5 m处全尘浓度从739.3 mg/m3降低到35.5 mg/m3，降尘率高达95.2%，呼尘浓度从425.8 mg/m3降低到21.2 mg/m3，降尘率高达95%.

3 结 语

采用了泡沫抑尘技术、支架架间喷雾技术、回风巷全断面水幕帘捕尘技术综合治理22116综采工作面粉尘危害，在采煤机后方10 m处的总粉尘降尘率高达91.2%，呼吸性粉尘降尘率达到90.2%；水幕帘后方5 m处全尘和呼吸性粉尘降尘率分别高达95.2%和95%，除尘效果显著。