综采放顶煤工作面防尘技术探讨

李慧杰

（山西省晋城市兰花科创伯方煤矿，山西 晋城048000）

0 概述

矿井粉尘是煤矿五大自然灾害之一，煤矿粉尘因其自身的物理化学性质，导致其具有爆炸危险性的同时，还具有减少仪器使用精度和寿命、降低生产现场可见度以及导致长期工作人员患职业病等危害。 现阶段，随着我国煤矿采掘机械化程度的不断提高，矿尘的生成量也急剧上升，尤其是煤矿综采放顶煤工作面，在割煤、放煤、移架的过程中，产生的粉尘量尤其严重，达到了3000-8000mg/m3，严重影响企业的安全高效开采和职工身体健康，因此必须采取有效措施对煤矿粉尘进行防治，本文主要针对综放工作面几种防尘技术方法进行探讨。

1 防尘技术方法

1.1 煤层注水防尘

煤层注水是煤矿应用极为广泛的综合治理粉尘灾害的技术措施，也是经过实践证明的降低采煤工作面粉尘含量最积极、最有效的手段。 它主要是在回采前预先在煤层中打若干钻孔，通过注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，降低煤的强度和脆度，减少采煤时煤尘的生成量。

图1 除尘率与注水量的关系

图2 除尘率与煤的水分增量的关系

（1）注水参数的影响

注水参数包括注水压力、注水速度、注水量和注水时间等，其中注水量(图1)或煤的水分增量(图2)既是煤层注水效果的标志，也是决定除尘率高低的重要因素。

（2）注水方式和选择

a）短孔注水(图3) 是在采煤工作面垂直煤壁，或与煤壁斜交打钻孔，注水孔长度1.5～2.5m。

图3 短孔注水

保证当天产量进度，注水压力低，工艺简单，湿润范围小，易跑水，且钻孔注水必须在准备班进行，容易与回采发生矛盾，对生产能力高的工作面不适用，注水效果一般。

b）深孔注水(图4) 是在采煤工作面垂直煤壁打钻孔，注水孔长度5～25m。

图4 深孔注水

保证2-6 工作日产量进度，钻孔数量少，湿润范围大而且均匀，注水压力高，注水工艺设备复杂，采煤循环中要有准备班。

c）长孔注水(图5) 在工作面的进、回风巷或只在进风巷或回风巷沿煤层打钻孔，孔长30～100m。

长孔注水是一种先进的注水方式，钻孔能湿润较大区域的煤体，能获得较长的注水时间，煤体湿润均匀，注水与回采不相互干扰。 但是采掘接替紧张的矿井不适合用。

图5 长孔注水

另外，钻孔的布置方式、注水系统、注水参数、注水超前于回采的距离和时间等必须根据工作面煤层的孔、裂隙发育程度、渗透性，节理面方向和工作面各种压力带分布情况等综合进行考虑，合理布置。

（3）煤层注水效果

从我国一些矿井采用各种注水方式的降尘率情况来看，短孔注水为40%-90%，长孔注水为60%-90%。 另外煤层注水还能起到抑制瓦斯涌出， 降低工作面和回风流的瓦斯浓度，降低煤的硬度和缓和冲击地压等作用。

1.2 采煤机新型喷雾降尘

传统采煤机内喷雾常因喷嘴堵塞或系统漏水而不能正常使用；外喷雾常采用逆风喷雾方式，降尘效果欠佳，且当双滚筒采煤机逆风割煤时，因风流受到采煤机的阻碍、前滚筒的高速旋转和逆风喷雾的原因，常在采煤机前端产生强烈的涡流，致使大量的高浓度含尘气流扩散到采煤机司机作业空间，给司机和下风流作业区的人员造成严重危害。

采用新型喷雾降尘主要是针对外喷雾存在的弊端，对喷嘴的安装位置、数量、布置方式及雾流喷射方向等进行改进。如图6 所示。

图6 喷嘴布置示意图

利用顺风喷雾引射的方法， 将大部分含尘风流引向煤壁，迫使其沿煤壁侧流动，从而避免在采煤机前端产生涡流，使含尘气流无法向采煤司机的工作区间和向人行道空间扩散，提高降尘效果。 同时在引射喷雾和跟踪喷雾的作用下，将污浊风流中的粉尘降下来。

1.3 高压喷雾负压二次降尘新技术

高压喷雾负压二次降尘通过：（1）负压吸尘。 高压水雾从降尘装置的前端喷出时，其周围产生强负压场，可将采煤机端部及滚筒附近含尘浓度高的空气吸入，并予以彻底净化。 （2）高速雾气流吸尘。 从降尘装置前端喷出的高速雾气流，从滚筒的断面切过，能控制滚筒旋转所形成的涡旋风力场，使含尘浓度高的空气被吸入高速雾气流中。 （3）局部循环风流形成，反复净化风流。

山东新汶矿业集团协庄煤矿使用高压喷雾负压二次降尘技术，图7 所示，进而实现了“人走人道，尘走尘道”，图8所示。

图7 综放面采煤机分体式负压二次降尘装置

图8 高速雾障与负压分布示意图

分别多次测定各工序空气中的全尘及呼吸性粉尘含量，结果如下表1：

表1 常规方法与负压二次降尘技术粉尘浓度对比 单位：mg/m3

经计算，采用负压二次降尘后，采煤机司机处的平均粉尘浓度比采用常规措施时减少60.2 mg/m3，降低69.2%，采煤机落煤时平均粉尘浓度减少45 mg/m3，降低54.2%。

1.4 空气幕防尘

空气幕隔尘是一种气幕隔断阻尘，气幕的作用相当于在采煤工作面司机与煤壁侧中间形成一道“无形透明屏障”，安装在采煤机上，以阻止工作面采煤过程中粉尘向采煤机司机处扩散， 尤其是阻止粒径小于5μm 呼吸性粉尘向司机处扩散。 这样，在采煤机处，工作面风流形成了用空气隔断的两条风道，一条是从气幕到煤壁，一条是从气幕到人行道，最终实现负压二次降尘的效果，形成“人走人道，尘走尘道”，图9 所示。

图9 工作面空气幕隔尘垂直布置及分区

表2 采煤机下风流呼吸性粉尘浓度及降尘效率

气幕隔尘技术尽管不是直接降尘，但对长期工作在采煤工作面的采煤司机来说的确有直接意义。 同时，由于气幕的隔离作用，大量的粉尘被阻隔在靠煤壁侧，有利于提高喷雾捕尘降尘的效率，从而降低工作面的粉尘浓度。

同样在协庄煤矿进行空气幕降尘后，测量结果如表2。

2 结语

矿井粉尘治理是一项长期艰巨的任务，它不仅影响到煤矿企业的安全生产、经济效益，还关系到职工的身心健康等一系列问题。目前,我国各大煤矿企业虽已采取各类综合防尘措施对综放工作面的粉尘进行综合治理, 也取得了非常不错的效果, 但距保证职工作业空间煤尘含量的国家和国际标准还有不小差距。 因此，煤矿粉尘防治技术的研究工作依旧任重而道远。

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［2］张国枢,谭允祯,等.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.

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