综采工作面综合防尘技术应用分析

屈会军

（晋能控股集团朔州煤电王坪煤业有限公司，山西 朔州 038300）

1 工作面概况

晋能控股集团朔州煤电王坪煤业有限公司303 盘区8307 工作面位于王坪井田东北部，该工作面北部为小峪煤矿417 大巷，南部为设计采掘的8305 工作面，西部为簸箕掌矿界，东部为303盘区皮带巷、轨道巷、回风巷。

8307 工作面采用长壁综放回采工艺，截止2020年11月3日工作面已回采450 m；工作面走向长度为1 895 m，倾向长度为200 m，回采煤层为3#煤层，煤层变化不大，煤质疏松，平均煤厚6 m，煤层倾角为3°，煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 8307 工作面3#煤层顶底板岩性

工作面采取两巷布置，沿3#煤层底板掘进。两巷均为矩形断面，2307 巷长度为2 038 m，5307巷长度为1 975 m。运输顺槽（2307 巷）为机轨合一巷，用于煤炭运输、进风及布置设备列车，沿3#煤层底板掘进，断面规格：宽×高=5.3 m×3.6 m；轨道顺槽（5307 巷）用于设备运输、回风及行人，沿3#煤层底板掘进，断面规格：宽×高=4.2 m×3.6 m。

2 回采前期防尘分析

2.1 防尘措施

（1）工作面回采前期采用喷雾洒水进行降尘，即采用采煤机内外喷雾装置进行降尘，内喷雾压力为2.0 MPa，外喷雾装置安装在滚筒截割部上，采用环形喷雾方式，喷雾压力为1.2 MPa，单位时间洒水量为0.65 m3/h。

（2）采用直管式喷雾洒水装置进行降尘，该装置主要由喷雾钢管、高压喷头等部分组成，钢管长度4.2 m，钢管上均匀布置8～10 个高压喷头，利用巷道自然水压作用，将水流通过高压喷头雾化进行降尘，巷道每隔100 m 安装一道洒水装置，单位洒水量为0.34 m3/h。

（3）2307 巷安装一部DTL 型带式输送机，输送机机头与盘区带式输送机搭接，为了控制机头处粉尘浓度，在距卸载滚筒前方0.5 m 处安装一道水幕进行降尘处理。

2.2 粉尘现状

工作面前期回采过程中采用喷雾除尘后，通过现场粉尘浓度检测发现，工作面落煤点平均粉尘浓度达87 mg/m3，机道处平均粉尘浓度达69 mg/m3，工作面内能见度不足6 m；运输顺槽带式运输过程中巷道内平均粉尘浓度达54 mg/m3，输送机机头卸煤点平均粉尘浓度为57 mg/m3，喷雾洒水降尘效果差，无法满足工作面安全高效回采要求。

2.3 存在的问题

喷雾洒水装置在实际应用中还存在一些不足，主要表现在以下几方面：

（1）标准化质量差。 采用喷雾洒水时由于洒水量大，导致工作面、回采巷道内积水量大，降低了工作面标准化质量[1]，同时由于工作面及巷道内安装的机电数量多，采用喷雾洒水时对设备损坏严重，不利于机电设备安全管理。

（2）静压水损失严重。 工作面每天回采时间为16 h，回采过程中喷雾装置全部处于打开状态，工作面洒水量大，通过统计发现，工作面每天喷雾洒水量达80 m3，造成工作面内静压水损失量大，水压降低，影响盘区其他采掘工作面正常生产。

（3）降尘效果差。 喷雾洒水装置主要利用雾化的水雾颗粒对粉尘进行吸附，从而达到降尘目的，但是水雾颗粒粒径为20 μm 左右，粉尘颗粒粒径为50 μm 左右，水雾颗粒与粉尘颗粒吸附比为5:1时才能达到降尘效果，而水雾颗粒吸附效果差[2]，对粉尘颗粒捕捉效果差；同时由于水雾颗粒质量小，工作面内风速大，受高速风流影响水雾颗粒分散严重，达不到预期降尘效果。

3 综合防尘技术

为了有效提高工作面防尘效果，降低工作面粉尘浓度，决定以泡沫抑尘、水幕捕尘以及封闭降尘等为技术手段，进行综合防尘。

3.1 泡沫抑尘

（1）泡沫除尘原理：通过对泡沫产生器内添加添加剂、泡沫生成剂，在水压作用下产生高浓度泡沫，并通过高压喷头喷出，从而产生直径在5～20 mm范围的泡沫，因泡沫体积大、质量轻而且吸附效果高，能够快速对扬尘进行吸附作用[3]，对扬尘吸附比达1:20～40，泡沫吸附过程中可将粉尘进行润湿作用，当吸附粉尘颗粒质量大于泡沫自身重量时，泡沫破裂从而达到降尘目的。

（2）泡沫除尘装置结构：工作面安装的泡沫除尘装置主要由粉尘浓度传感器、PLC 控制器、联锁开关、泡沫分配器、电控液阀、泡沫生成器以及螺旋喷头等部分组成，如图1 所示。 泡沫除尘装置安装液压支架顶梁下方，每隔50 m 安装一套除尘装置。

图1 泡沫抑尘装置结构

（3）装置工作原理：泡沫除尘装置中联锁开关与采煤机电控箱联锁控制，当采煤机运转割煤时通过联锁控制作用，装置中联锁开关及时对电控液阀通电，电控液阀通电开启后除尘水管内静压水进入泡沫生成器内，并在风压作用下产生高浓度泡沫，泡沫通过旋转喷头喷出进行吸尘、降尘作用。

3.2 水幕捕尘

（1）水幕捕尘装置结构：为了减少运输顺槽内静压水排放量，对原巷道内喷雾洒水装置进行优化改进，采用水幕捕尘装置。 该装置主要由高压洒水装置、捕尘帘、PLC 控制柜、联锁开关、水泵、水槽、过滤装置等部分组成[4]，如图2 所示。

图2 水幕捕尘装置结构

（2）工作原理：当输送机运转时通过联锁开关、PLC 控制柜集中控制作用，对水槽内水泵通电，水泵通电后及时将水槽内清水通过高压水管进水洒水装置内，水流在水压作用下通过高压喷头喷出，喷出的水雾在捕尘帘的作用下形成水幕，从而对巷道内扬尘隔绝并降尘；降尘后的污水通过过滤装置过滤后再次流入水槽内，实现二次利用。

3.3 全封闭降尘

（1）全封闭降尘装置结构：为了实现输送机机头卸载过程中全封闭防尘的目的，对原2307 巷带输送机机头防尘装置进行优化，安装了一套全封闭自动防尘装置。 该装置主要由全封闭外壳、喷雾洒水装置、受料平台、检修平台、大块物料筛选装置、激光装置等部分组成，如图3 所示。

图3 全封闭降尘装置结构

（2）降尘原理：当带式输送机运转运输煤流时，全封闭装置内洒水装置打开进行喷雾降尘，煤流进入全封闭装置后通过收料平台撞击作用达到减速的目的，煤流通过大块物料筛选装置进入下水平输送机上；当煤流中存在大块煤矸且堆积在物料筛选装置上方时，通过激光装置检测后及时闭锁输送机电机，操作人员通过检修门进入内部处理[5]。

4 应用分析

2021年5月，8307 工作面已回采结束。 根据工作面回采前期防尘现状及主要存在问题，对8307 工作面采取综合防尘措施后，工作面在后期回采过程中工作面、 运输顺槽以及卸载点粉尘浓度得到了有效控制。

现场监测表明，采取综合防尘措施后，回采期间工作面内平均呼吸性粉尘浓度为13 mg/m3，能见度提高至45 m，运输顺槽内平均粉尘浓度为11 mg/m3，输送机机头卸载点平均粉尘浓度为17 mg/m3，大大提高了巷道质量标准化水平，减少了工作面静压水损失量，取得了显著应用成效。

5 结论

1）采用泡沫复合抑尘技术后，避免了传统喷雾降尘时，积水量大、降尘效果差、降尘空间有限等技术难题，泡沫除尘技术采用包裹吸附的方式进行降尘，与水雾颗粒桥连方式降尘相比，泡沫吸尘量大、沉降效果好，而且沉积后泡沫可分解，避免降尘污染。

2）运输顺槽采用了水幕捕尘装置后，实现了全断面水幕阻尘、捕尘的目的，该捕尘装置不受巷道内风流影响，且防尘期间对巷道内机电设备影响小，具有很好的隔绝粉尘效果。

3）带式输送机机头处通过安装全封闭防尘装置后，有效防止了煤流卸载时产生的扬尘扩散现象，改善了作业环境，防止了卸载点粉尘随风流进入工作面，具有很好的降尘、防尘效果。