综采工作面粉尘分布实测及降尘技术探析

综采工作面粉尘分布实测及降尘技术探析

陈荣柱1，谭聪2，谢中强1

(1.平顶山天安煤业股份有限公司 五矿，河南 平顶山 467000；2.北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083)

[摘要]为了降低综采工作面的粉尘浓度，对平顶山天安煤业股份有限公司五矿综采工作面各作业工序粉尘浓度进行现场测定并分析，结果表明：割煤作业时滚筒附近粉尘浓度急剧增加，随后又迅速下降；移架作业时在移架点下风侧5 m粉尘浓度达到最大；转载作业时在转载点处粉尘浓度急剧增加，随后缓慢下降。针对目前粉尘控制方面的不足之处，结合各工序的产尘特点，提出了煤层注水、降尘水幕、气水喷雾等粉尘控制技术措施。经现场实际应用表明，所采取的粉尘控制技术效果显著，全尘降尘率达到了75.5%，呼尘降尘率达到63.8%。

[关键词]综采工作面；粉尘分布；煤层注水；捕尘水幕

[中图分类号]TD714.2[文献标识码]A

[收稿日期]2014-03-14

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.029

[基金项目]国家自然科学基金(51274024)：综放工作面多尘源多场耦合机理及仿真模拟和控制方法的研究

[作者简介]陈荣柱(1969-)，男，重庆云阳人，高级工程师，平顶山天安煤业股份有限公司五矿总工程师，从事煤矿安全生产、技术管理、经营管理方面的工作。

Dust Distribution Measurement of Full-mechanized Mining

Face and Dust Alleviation Technology

CHEN Rong-zhu1, TAN Cong2, XIE Zhong-qiang1

(1.5th Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Co., Ltd., Pingdingshan 467000, China;

2.Civil & Environment Engineering School, Beijing University of Science & Technology, Beijing 100083, China)

Abstract:In order to reduce dust concentration of full-mechanized mining face, dust concentration of every process of full-mechanized mining face, 5th Mine of Pingdingshan Tian'an Coal was measured.Analysis result showed that during coal mining, dust concentration abruptly rose near the rollers of coal cutter and rapidly declined; during moving supports, dust concentration at 5m down from moving point reached the maximum; in transiting, dust concentration at the transiting point sharply rose and then slowly declined. For the problem in dust control, considering dust production characteristic of every process, water infusion in coal-seam, dust-reduction water curtain and gas-water spraying were put forward.On-the-spot application showed that the effect of dust control technology was excellent.All dust reduction ratio reached 75.5%, respirable dust reduction reached 63.8%.

Keywords:full-mechanized mining face; dust distribution; water infusion in coal-seam; dust-capturing water curtain

[引用格式]陈荣柱，谭聪，谢中强.综采工作面粉尘分布实测及降尘技术探析[J].煤矿开采，2015，20(1)：99-101.

随着煤矿生产机械化水平的提高，井下生产所产生的粉尘越来越大，特别是对人体危害比较大的呼吸性粉尘浓度也大幅上升[1-3]。粒径在7μm以下的呼吸性粉尘长时间在肺部积累极易形成尘肺病，同时高浓度的煤尘还有发生爆炸的危险。因此，粉尘治理一直是科研工作者和矿山企业不断研究的重要课题[4-7]。

由于综采工作面作业工序多、生产设备多、机械化程度高、作业条件复杂、粉尘量较大，因此粉尘控制工作难度也较大[8-11]。为此，结合平煤股份五矿己16,17-23220综采工作面的实际情况，通过现场粉尘测定研究，分析现有防降尘措施存在的不足，提出改进方案，从而解决综采工作面粉尘浓度大的难题。

1综采工作面粉尘分布实测

根据GBZ/T 192.1-2007《工作场所空气中粉尘测定第1部分：总粉尘浓度》以及相关文献中的采样点布置方法，确定平煤五矿己16，17-23220综采工作面采样点的选择和布置，分别测定综采工作面逆风割煤、顺风割煤、移架、转载等各作业工序的粉尘浓度。如图1至图4所示。

图1　逆风割煤粉尘浓度沿程分布

图2　顺风割煤粉尘浓度沿程分布

图3　移架粉尘浓度沿程分布

图4　转载和破碎时粉尘浓度沿程分布

(1)分析图1和图2可得，采煤机割煤时，在采煤机上风侧5m(上风侧滚筒位置)至下风侧20m范围内粉尘浓度较大。顺风割煤在采煤机下风侧15m左右位置粉尘浓度达到最大，逆风割煤在采煤机中部粉尘浓度达到最大，最大值均在1200mg/m3左右，严重超出了国家标准。同时呼吸性粉尘浓度较大，加重了粉尘对人体的危害。因此，应在采煤机下风侧20m范围内加强对粉尘的控制。

(2)根据图3可知，移架作业时，在移架点下风侧5m范围内粉尘浓度急剧增加，最大达到949.2mg/m3，随后粉尘浓度又急剧下降，在5m范围内下降到300mg/m3左右。移架作业粉尘粒径相对较大，呼吸性粉尘所占的比重相对较小。对于移架作业最佳的降尘区间为移架点10m范围内。

(3)从图4可知，转载点前后粉尘浓度变化较大，从100mg/m3急剧增加到825.7mg/m3。主要是由于转载点处在风向拐角处，局部风速较大，对煤块的吹扬作用较为显著。由于转载点处在综采工作面的进风口，其产生的粉尘随风流穿过整个工作面，影响范围较广。因此，对转载点粉尘的控制也十分重要。

2粉尘控制技术措施

根据现场测定结果及现有粉尘控制措施的调研情况，结合综采工作面现场实际条件，提出相应的改进措施，并在现场进行实施。

2.1　煤层注水

通过煤层注水提高煤体的含水率是减少综采工作面产尘的根本措施。煤层注水有短孔注水和长孔注水两种。短孔注水是在综采工作面垂直煤壁打孔注水，孔深只有几米，注水工艺相对简单，但对采煤生产影响较大。长孔注水是在工作面进风巷和回风巷超前于工作面打长孔注水，孔深一般为工作面长度的2/3。长孔注水具有注水时间长、湿润范围广、与生产无干扰等优点。为了能够提高注水效率，在水中加入十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等表面活性剂，从而大大增强水溶液对煤体的湿润能力，使水溶液更好地沿着煤体的裂隙渗透。同时采用动压注水，注水压力大于8MPa，以达到最佳注水效果。

2.2　转载点降尘

转载点处在工作面的上风侧新鲜风流中，其产生的粉尘随风流贯穿整个工作面，因此对其产尘控制也极为关键。在刮板运输机、破碎机、带式输送机等转载点均采用半密闭罩封闭，在物料入口和出口采用条形皮帘遮挡，防止粉尘逸散。同时，在各个转载点均设置3个喷嘴，喷嘴孔径1.5mm，扩散角60°，供水压力不低于2.0MPa。

2.3　采煤机喷雾

采煤机割煤是综采工作面最大尘源。在实际生产中，由于滚筒内喷雾采用冷却水，水压较低，水量不足，且喷嘴往往容易堵塞，雾化降尘效果极差。但内喷雾系统难以改进，在此主要设计改进外喷雾装置为主。现有的外喷雾为中压喷嘴，由于喷雾水压不稳定，常常出现水压过小，雾化效果较差的现象。并且喷嘴安装位置、喷射方向及喷嘴数量都存在不合理之处。

结合现场实际情况，研究设计出了气水雾化外喷雾装置，在采煤机前后两摇臂上各安装1套，每套装置5个气水喷嘴，调整各个喷嘴的喷雾方向，以达到覆盖滚筒及其附近高浓度粉尘区域，如图5所示。该装置所需水压为2～3MPa，气压为0.6MPa。现场实际应用表明：该装置雾化效果明显提高，喷雾面积覆盖范围较广，射程远且比较稳定，耗水量也得到降低，除尘率提高较大。

图5　气水雾化外喷雾装置安装示意

2.4　支架喷雾及捕尘帘

现有的支架喷雾存在喷射角度不合理，不能覆盖工作面全断面，并且雾化水滴随风流飘散，造成工作面水雾较大，影响工人正常工作。

为了提高移架降尘率，在每个支架均安装自动喷雾装置，并且与支架液压系统进行联动，实现在移架操作时其相邻下风侧支架喷雾自动开启和关闭。并且结合现场条件，选用扇形喷嘴，合理布置喷射方向，实现全断面覆盖。

为了能够降低工作面风流中的雾滴和粉尘，在工作面安装3道捕尘帘。捕尘帘由柔性铁链和专用捕尘网组成，方便采煤机经过时卷起和放下，安装示意如图6所示。

2.5　进回风巷除尘水幕

进风巷中由于胶带运输过程中的抖动和风流对巷道壁粉尘的吹扬，造成工作面新鲜风流中含有少量粉尘。因此，在进风巷距工作面煤壁20～30m范围内安设1道风流净化水幕。在回风巷距工作面煤壁50m，80m处各安设1道降尘水幕。为提高喷嘴的雾化效果，所有水幕均采用气水雾化喷嘴，喷嘴沿顶板布置，喷雾范围要求能覆盖整个巷道。在喷嘴下风侧5m安装全断面纱网，一方面可以捕获雾滴，防止较小雾滴随风流飘散太远而影响生产，另一方面湿润的纱网能再次捕获风流中的粉尘。

图6　液压支架捕尘网安装示意

3降尘效果分析

使用上述防降尘技术措施后，对综采工作面各工序粉尘浓度进行了再次测定，如表1所示。通过对比改进措施前后粉尘浓度可知：改进粉尘控制措施后降尘效果显著提升，全尘平均降尘率提高到75.5%，呼尘平均降尘率提高到63.8%。

表1　综采工作面降尘效果对比

4结束语

通过改进粉尘控制技术，大大降低了综采工作面的粉尘浓度，有力地保障了井下工人的身心健康和安全生产，但还未达到国家规定要求，需要在生产实践中不断完善相关技术措施。同时应加强矿井粉尘防治管理，建立健全相关规章制度，正确使用和维护降尘设备设施，并且加强对职工的培训教育，提高职工的防尘安全意识，使其掌握粉尘控制的相关知识和技术措施，从而全方位地做好综采粉尘控制工作，营造一个健康安全的井下工作环境。

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[责任编辑：施红霞]