综采工作面综合降尘技术研究

任 凯

（山西焦煤集团介休正益煤业有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采掘、钻进、运输以及通风等环节均会导致粉尘，工作人员长时间在高浓度粉尘环境下个容易产生矽肺病，严重影响人员身体健康，同时高浓度粉尘会增加井下机电设备磨损程度、降低使用寿命[1-2]。煤矿井下现阶段使用的降尘技术主要为：喷雾降尘（采面、巷道及采掘设备等处）、煤层注水（脉冲、高压等）、除尘风机、湿式钻孔、净化水幕等等[3-5]。随着井下大功率、重载设备应用推广，采掘作业面生产效率及煤炭产量等均不断增加，井下生产过程中粉尘产生量也不断增大。虽然井下使用的采掘设备均随机配备有喷雾降尘装置，但是受喷雾压力、喷嘴（管路）堵塞等多因素影响，喷雾降尘效果不佳；同时大流量喷雾降尘容易导致煤层底板积水，严重时导致底鼓等问题[6-7]。以山西某矿3506 综采工作面回采为工程背景，针对采面回采期间粉尘产生特点，针对性进行粉尘治理，现场实践后有效降低了采面回采期间粉尘浓度，为煤炭安全高效回采创造了良好条件。

1 工程概况

3506 综采工作面开采5#煤层，设计推进长度2 050 m、采面斜长220 m，回采区域内煤层赋存稳定，地质构造不发育。5#煤层为矿井主采煤层之一，具有赋存稳定、硫分及灰分含量低、开采经济效益显著等优点，煤层厚度均值4.5 m、倾角5°～9°，顶底板岩性以粉砂岩、砂质泥岩以及石灰岩等为主。采面开采范围内5#煤层原始瓦斯含量在7.9～9.3 m3/t、瓦斯压力在0.72～0.83 MPa，煤层硬度（f 值）为0.57～1.3，原始含水率为0.63%。3506 综采工作面回采使用的主要开采设备包括有MG750/1915-GWD 采煤机、ZY9000-27/60D液压支架、SZZ-1000/400 转载机以及PLM-3000 破碎机等，采面采用U 型通风方式（一进一回），设计推进速度为4.8 m/d。

由于3506 综采工作面回采的5#煤层自身含水率较低，且煤层具备有渗透性差、难浸润特点，本煤层钻孔瓦斯抽采后会进一步降低煤层含水率，导致采面回采期间粉尘产生量较高。现阶段3506 综采工作面主要用过喷雾方式降尘，使用型号BPW315/16 柱塞泵为采煤机及采面喷雾设备提供高压喷雾用水，正常回采时采煤机截割滚筒外侧喷雾喷头供水水压控制在2～5 MPa，未布置液压支架降柱移架专用除尘设备，在回采巷道与采面相距30 m 位置布置2 道手动控制防尘喷雾系统。采面回采期间粉尘浓度监测结果见表1 所示。从表1 看出，采面各位置粉尘浓度较高，同时采煤机割煤、支架移架以及转载运输等是采面回采期间主要产尘源，应针对性进行降尘。

表1 采面正常回采期间粉尘浓度测定结果

2 采面综合降尘技术应用

2.1 煤层超前注水

通过超前注水增加煤体含水率率，可从根本上降低煤炭回采期间粉尘产生量。采面回采的5#煤层结构较为简单，一般不夹矸，结合以往煤层注水经验，在采面进风、回风顺槽内均布置注水钻孔对煤层进行注水。具体注水方案为：注水孔以原有的瓦斯抽采孔为主，若瓦斯抽采孔塌孔严重或者无法使用时，则在钻孔旁新钻进钻孔；注水钻孔孔深均为110m m、孔径75 mm、间隔6 m，开孔均在底板上方1 600 mm；用膨胀式封孔器封孔，注水压力为4～6 MPa。注水完成后应确保煤层含水率增加超过1.5%。

2.2 尘源跟踪喷雾

3506 工作面MG750/1915-GWD 采煤机喷雾系统，受喷雾水质差、喷雾压力低等影响除尘效果不佳；同时采煤机移动割煤时产尘点会不断移动。为提高粉尘治理针对性，构建尘源跟踪降尘系统，具体实时跟踪采煤机位置进行针对性喷雾降尘，具体尘源跟踪喷雾系统架构，如图1 所示。

图1 尘源跟踪喷雾系统架构

尘源跟踪喷雾主要组成单元为主控制箱、光源发射传感器、分控制器、光控接收传感器及电动球阀等。运行原理为：沿着采煤机割煤方向布置多个喷雾装置，通过光源发射传感器、光控接收传感器确定采煤机具体位置；将采煤机位置及处理信息通过通信线缆传输至主控制箱，主控制箱处理后向控制1#分控制器周边的2 个控制器联动喷雾，以便采煤机产尘点全覆盖喷雾降尘；采煤机推进至X#喷雾点时按照上述方式进行喷雾尘源跟踪喷雾系统可依据需要调节喷雾装置数量，以便实现高效喷雾降尘并节省喷雾降尘用水量。

2.3 液压支架移架喷雾降尘

采用移架喷雾降尘系统降低液压支架移加期间粉尘产生量，喷雾系统主要由喷雾控制器、喷头、高压供水管路等组成，具体如图2 所示。当降柱移架时系统自动开始喷雾降尘，移动完成并升起支架后自动停止喷雾。喷雾压力在4～8 MPa 范围内可调，依据现场情况调整喷雾压力，提高喷雾效果。

图2 移架喷雾降尘示意图

2.4 回风巷自动喷雾降尘

为降低回风巷内粉尘浓度，在回风巷内布置控尘自动喷雾降尘装置，具体布置如图3 所示。控尘自动喷雾降尘装置组成包括有粉尘浓度传感器、热释光控传感器、本安型控制箱、防爆电磁阀、通信电缆等构成。当粉尘传感器检测的粉尘浓度超过预先设置值时，控制器控制电磁阀电源，通过电磁阀控制喷雾开启或者关闭，实现自动喷雾；同时在喷雾过程中若热释光控传感器检测到有人员通过时则暂时停止喷雾，实现采面回风巷自动喷雾。

2.5 转载机及破碎机喷雾

在采面PLM-3000 破碎机上安装防尘罩并在防尘罩内布置喷嘴等进行喷雾降尘，防尘罩可抑制转载机工作过程中粉尘外溢量，通过喷雾可减少粉尘产生量。在SZZ-1000/400 转载机上方布置3～5 个雾化喷嘴，喷嘴喷雾可覆盖整个转载过程，减少转载过程中粉尘外溢量。

3 综合降尘效果分析

在3506 综采工作面按照上文所述布置使用了综合降尘技术措施。采用CCGC-1000 测尘仪监测粉尘浓度，并基于表1 监测数据分析粉尘治理效果，具体如表2 所示。

表2 粉尘浓度及降尘效果

通过表2 可以看出，综合降尘技术在3506 综采工作面效果显著，如逆风割煤时采煤机司机位置全尘、呼吸性质量浓度分别降至147.3、53.8 mg/m3，顺风割煤时采煤机司机位置全尘、呼吸性质量浓度分别降至92.5、41.6 mg/m3；采面各位置呼吸性粉尘及全尘降幅分别在79.0%～83.1%、82.8%～85.9%间。使用综合降尘技术后，3506 综采工作面各位置粉尘浓度均明显降低，有效改善了采面现场环境质量。

4 总结

以3506 综采工作面回采为工程背景，针对采面回采的煤层含水率低、产尘量大以及原有喷雾除尘效果不佳等问题，基于源头治理、过程管控粉尘治理思路提出综合降尘技术措施，具体通过煤层超前注水，确保煤层含水率增幅在1.5%以上，从根本上降低煤炭回采期间产生量；通过采用尘源跟踪喷雾、液压支架移架喷雾以及回风巷自动喷雾等喷雾系统，有效减低采煤机割煤、液压支架移架等环节粉尘外溢量，并降低回风流粉尘浓度；在破碎机上增设防尘罩并喷雾，在转载机上方布置3～5 个喷嘴实现转载环节全覆盖喷雾，可抑制破碎机及转载机工作期间粉尘外溢量。现场应用后，有效降低了3506 综采工作面各位置粉尘浓度，取得较为显著粉尘治理效果。