E1306 工作面新型降尘技术的应用研究

2023-09-09王浩

山东煤炭科技 2023年8期

王浩

（山西高河能源有限公司，山西长治 047100）

煤矿在井下综采作业过程中会产生大量的粉尘，不仅导致井下综采面上能见度下降影响综采作业安全，而且粉尘还会随着呼吸进入到人体的肺部，产生“尘肺病”等职业疾病，严重影响了煤矿井下综采作业的安全性。山西高河能源有限公司E1306 工作面在井下采取了包括采煤机喷雾降尘等多种措施来降低井下综采作业时的粉尘浓度。但在实际应用中发现，以上措施效果不佳，在轨道顺槽掘进面约30 m 处测定的井下粉尘浓度高达47 mg/m³，依旧无法满足井下高速综采作业时低粉尘浓度的需求。

结合井下粉尘实际分布情况，提出了一种新的防尘技术措施，针对架间粉尘和巷道内粉尘浓度大、扩散快的情况，提出了设置架间导矸降尘装置、自动捕尘网装置、全封闭捕尘装置等，通过实施综合降尘技术来优化井下综采作业环境，重点对三种新降尘装置的结构和应用情况进行了分析。根据实际应用表明，综合防尘系统能够将轨道顺槽掘进面约30 m 处的粉尘浓度降低68.9%，极大地提升了井下降尘效率，提高作业面作业安全性。

1 架间导矸降尘装置

山西高河能源有限公司E1306 工作面的采高超过了6 m，属于大采高综采面，所采用的支架也是大采高支护结构，在生产过程中拉架时会有大量的煤炭从支架缝隙中漏出。由于采高大、煤粉持续掉落，因此在架间不仅会产生较大的粉尘，而且粒径较大的煤块还会对支架下的人员通行产生较大的伤害。因此，提出了一种新的架间导矸降尘装置，不仅能够有效降低架间粉尘浓度，而且还具有较好的防漏矸能力。

该装置主要是在支架上设置“L”型单边挡槽结构，避免顶部碎煤和矸石的滑落，立柱和液压支架尾梁导矸装置地槽两侧距离地面的水平距离不小于支架的拉架步距，确保在支架拉架时不会对“L”型单边挡槽结构产生挤压[1]，不影响拉架时的稳定性。液压支架“L”型单边挡槽结构如图1。

图1 液压支架“L”型单边挡槽结构示意图

为了确保液压支架“L”型单边挡槽结构的应用可靠性，使落入到挡槽内的矸石能够快速滑落到采空区内，在经过多次试验验证后，将挡槽和支架底板的水平夹角结构设置为62°。在移动支架时从架缝垮落的矸石或者煤粉能够在自身重力作用下沿着挡槽滑入采空区，不仅加大了人员在操作时的安全区域，而且也使上风侧的液压支架和下风侧的液压支架不影响人员的正常操作。导矸槽在支架上的设置结构如图2。

图2 导矸槽安装结构示意图

由图2 可知，导矸槽两侧的高度存在一定的差异，高度大的一侧固定在液压支架的掩护梁上。为了提高对煤粉的拦截率，减少煤粉的扩散，“L”型单边挡槽结构在安装时需要面向进风侧，避免了因巷道内通风变化而产生的紊流引起二次扬尘。

导矸槽的材质可选用不锈钢，不仅轻便而且不易生锈，其采用了快速拆卸结构，能够循环使用，提高了使用稳定性和可靠性。根据在井下的实际测试，采用导矸槽后，能够将架间的粉尘浓度降低91.2%，对支架工起到了很好的保护作用。

2 折叠式全断面捕尘网

E1306 回风巷距离工作面35～40 m 及50～60 m处各设置一个捕尘网，同时在捕尘网上风侧1 m 的位置各设置一个净化水幕，用于对巷道的全面降尘。现在所用的捕尘网为整体平面式结构，整体结构重量大，无法使用在不规则巷道内，而且捕尘网在人经过时需要频繁开关，极大地影响了降尘效率。

高河能源技术攻关小组在经过大量试验研究后，提出了一种新的折叠式的全断面捕尘网，其主要包括了折叠式骨架、不锈钢网及行人门等，其整体结构如图3[2]。

图3 折叠式捕尘网结构示意图

2.1 捕尘网结构

为了提高捕尘网的使用便捷性，折叠式骨架采用了30 mm 角铁、4 分钢管转轴以及M13 螺栓构成。将M13 螺栓焊接在钢管的两侧，共包含了12 个转轴；将角铁加工成“L”状结构，在两端加工上直径为16 mm 的通孔，共设置28 个；将角铁固定在钢管两端，角铁和钢管间需要留有约1 mm 的间隙，使角铁能够灵活转动；不锈钢网可利用扁铁将其固定在角铁上。

金属网目数的大小直接决定了捕尘的能力，目数越大表明每平方毫米的面积上孔数越多，孔径就越小。目数大，金属网的捕尘能力增加，但风阻会增加很多，影响井下通风的可靠性[3]；目数小则会影响金属网的捕尘能力。因此，在对不同目数金属网的捕尘能力和通风能力进行分析后，最终选择了10 目的金属网。如果设置金属捕尘网的位置下面有输送机，则在输送机经过的地方开一个输送机过孔，四周留有一定间隙，保证输送机的正常通过。

折叠式捕尘装置框架结构如图4。

图4 折叠式捕尘装置框架结构示意图（mm）

为了避免行人在通过捕尘网时反复开关影响防尘性能，在捕尘网的下侧专门设置了一个行人门，其采用了两扇开关门结构，每扇门框架采用了30 mm 角铁焊接。门轴位置采用长度为1.8 m 的6 分钢管，门轴为4 分钢管，将6 分钢管套在4 分钢管轴上，保证旋转的灵活性。行人门总宽600 mm，保证了使用的便捷性。

2.2 风流净化水幕设置

在捕尘网的上风侧约1000 mm 的位置设置一个风流净化水幕结构[4]，水幕的喷头和水平面呈向下的45°夹角。水幕在工作时的雾粒在风流的作用下能够均匀地喷洒在捕尘网上，从而提高捕尘网的捕尘能力，而且随着净化水幕上水流的不断流下也能够起到净化金属捕尘网的作用。

3 全封闭防尘装置

针对井下输送机端头卸煤点位置扬尘大的不足，在卸煤点处设置了一个全封闭的防尘装置。该装置包括了封闭外壳、烟雾传感器、自动喷淋装置、控制台等，其整体结构如图5[5]。

图5 输送机全封闭防尘装置结构示意图

在输送机的端头位置设置粉尘浓度传感器，当粉尘浓度大于40 mg/m³时，系统自动控制全封闭式防尘装置的自动喷淋装置工作，进行喷雾降尘，当粉尘浓度低于10 mg/m³时系统自动关闭喷淋装置，实现智能喷淋降尘控制。

该系统采用了智能闭环反馈控制逻辑[6]，能够根据输送机端头位置的粉尘浓度变化情况自主进行喷雾降尘，实现了喷雾降尘和节能的统一。

4 其他防尘措施

为了保证井下降尘的可靠性，煤矿制定了一系列的井下防尘操作规范，从制度和流程上规范了井下防尘操作，具体如下：

1）跟班队长总体负责，每班进入工作面后对支架及行人道、大溜进行冲洗，检修班重点对工作面进行防尘洒水。生产班（八点班、四点班）在离开工作面之前对责任区内全部进行防尘洒水，从支架、切眼至回风巷200 m 处对巷道底板、顶板、帮部、综合管网进行防尘洒水，确保交接班时井下巷道无煤尘堆积现象。检修班安排专人全面对巷道内的防尘设施、洒水进行综合管理，每班由转载机司机将巷道前后50 m 范围内巷道底板、顶板、帮部、综合管网进行冲洗。

2）胶带顺槽、回风顺槽及沿空留巷距工作面200 m 范围内要求班班冲洗煤尘，距工作面200～300 m 以内要求每天冲洗一次，300 m 开外的胶带、回风顺槽及联巷至少每3 d 冲洗一次，各转载点前后50 m 范围内班班冲洗，个别产尘大的地点要求班班冲洗。冲洗工作由各责任班组负责，冲洗后如实填写巷道冲洗记录。电气设备上的煤尘要求每班由电气检修（维护）工清扫干净，保证胶带、回风及各联巷、工作面和设备上无煤尘堆积。