高瓦斯大风量综采面粉尘防治难点及对策探讨

摘 要：本文分析高瓦斯大风量综采面粉尘防治的技术难点，结合现场技术应用及工程实践，针对性的探讨了高瓦斯大风量综采面粉尘防治的对策。按照防尘对策选择防尘技术，经现场应用降尘效率可达90%以上，效果明显。

关键词：高瓦斯综采面；产尘特点；防治对策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.041

1 前言

综采面是煤炭开采过程中产尘量最大的作业地点，占矿井总产尘量的60%，粉尘浓度一般在3000mg/m3左右，但是在高瓦斯、大风量综采（综放）工作面，其粉尘浓度达8000mg/m3以上，如阳泉新景矿，在采取低压内外喷雾后，7203综采面煤机下风10m处的粉尘浓度高达9105 mg/m3，阳煤一矿8201工作面粉尘浓度高达9418mg/m3，粉尘污染十分严重，职业危害形势严峻。通过调研，国内综采面主要采用高压喷雾对采煤机割煤产尘进行治理，采用低压喷雾对转载点、破碎机、巷道粉尘污染进行治理，防降尘技术手段单一，效果有限。同时，矿井一般通过增加风量的方式来保证有效排除瓦斯，直接导致工作面风速升高。通过现场实测，高瓦斯工作面风速一般在3～4m/s。风速的升高，加剧粉尘的飞扬及扩散；同时高风速对喷雾的扰动影响很大，喷雾参数发生变化，主要是有效射程及覆盖范围急剧减小，达不到有效降尘的目的，降尘效率一般在60%左右。

笔者从现场出发，分析了高瓦斯大风量综采面粉尘防治的技术难点，并根据技术难点针对性的提出粉尘防治对策，并通过现场的实践，取得不错的防尘效果。

2 高瓦斯大风量综采面粉尘防治的技术难点分析

（1）瓦斯抽放后，煤层水分含量低，干燥易碎，开采时产尘量大，同时对煤层注水造成极大影响。按照规定要求，高瓦斯工作面在开采前必须进行瓦斯抽放，抽放时间一般在6个月到1年左右，某些高瓦斯突出工作面的抽放时间甚至可以长达两年。瓦斯抽放的直接导致煤体失水严重，经测试在经过瓦斯抽放后，煤层水分含量一般在1%～2%左右，失水后煤体变得干燥易碎，理化性质发生一定改变。在采煤机割煤时，煤体垮落，冲击产尘严重，产尘量极大，同时该产尘属于阵发性产尘，难以有效控制及喷雾沉降，防治十分困难。同时，煤体水分含量降低，也导致了如降柱移架、放煤、转载点、破碎机等其他尘源点的高产尘特点。工作面粉尘污染严重。

另外，瓦斯抽放钻孔较为密集，以阳煤为例，工作面回风巷瓦斯抽放钻孔间距1.5m，间隔80m开钻场，进行扇形钻孔，钻孔轨迹相互重合叠加，甚至导通，为注水带来极大的困难，主要是注水范围难以得到有效控制，钻孔极易跑水，达不到长时间有效注水湿润煤层的目的。利用瓦斯抽放钻孔进行煤层注水是未得到解决的技术难题。

（2）高瓦斯工作面风速高，加剧粉尘飞扬扩散，制约防尘措施使用效果，粉尘防治困难。矿井一般通过增加供风量来有效排除瓦斯，保证安全生产。一般的综采面供风量在1000m3/min，风速小于2m/s，采用一般的喷雾措施，降尘效率可以达到85%。但是，高瓦斯工作面供风量在1500～2000m3/min，工作面风速在3～4m/s，某些高瓦斯突出工作量供风量可以达到5000m3/min。笔者曾在现场遇见实测风速达7.5m/s的高瓦斯突出工作面。高风速不仅仅吹扬起大量粉尘，导致粉尘浓度极大，并且在风流作用下加速粉尘扩散，在不采取任何措施的情况，司机位置粉尘浓度可以高达8000mg/m3以上；同时，受高速风流扰动影响，喷雾参数发生变化，主要是喷雾的有效射程急剧减小，喷雾措施根本不能有效的控制含尘气流，喷雾根本不能达到尘源位置对粉尘进行沉降，实现高效降尘的目的；一般的，在风速达到4m/s时，喷雾降尘效率仅仅在60～70%左右。高风速导致粉尘防治难度极大。

（3）机械化采煤机导致综采面的高产尘特性。随着社会发展及采煤工艺技术进步，综合机械化采煤及放顶式采煤已作为高产高效矿井首选采煤工艺，机械化、高产高效的采煤方式，造成了高瓦斯工作面高产尘特性，为防降尘措施的使用带来更加严峻的挑战。

3 高瓦斯工作面粉尘防治对策分析

针对以上粉尘防治的技术难点，针对性的采取以下粉尘防治对策：

（1）多种技术实现对目标煤层的有效注水，从根本降低综采面各个作业环节的产尘浓度。采用煤层注水，增加目标煤层含水率，从根本上减少割煤产尘。但是，在进行瓦斯抽放后，煤层裂隙闭合、渗透性下降，同时瓦斯抽放钻孔布置密集，采用常规的煤层注水技术，难以有效的实现对瓦斯抽放后煤层的有效注水。因此，针对瓦斯抽放后的煤层理化性质及注水技术难点，煤层注水设计主要从以下两个方面考虑。

①以常规的煤层注水技术为基础，利用现有的瓦斯抽放钻孔，从注水工艺、封孔工艺等方面开展煤层注水设计，采用多种煤层注水技术相互配合实现对煤体的有效湿润。比如动静压注水技术、高压水力增透技术、采场动压带注水技术等。其中，高压水力增透技术可有效解决因煤层在瓦斯抽放后导致煤层裂隙闭合、渗透性下降的注水难点，在掌握煤体裂隙发育压力后，利用高压水打开煤层裂隙，为煤层注水提供新的通道，可最大限度的实现煤体的均匀湿润。

②在条件成熟时，把瓦斯抽放钻孔设计同煤层注水设计结合起来，使得钻孔布置参数同时满足瓦斯抽放及煤层注水的要求，包括钻孔孔径、钻孔间距、封孔工艺等。同时，合理分配瓦斯抽放与煤层注水时间，预留出可形成有效防尘效果的煤层注水时间。在设计用运用比如同时适合瓦斯抽放和煤层注水的封孔工艺技术，利用煤层高压水力压裂技术提高瓦斯抽放效率、提高煤层注水对煤体的湿润范围及湿润均匀性等新技术。

（2）采用“先控后降”的思路治理采煤机割煤产尘。采煤机割煤产尘是高瓦斯工作面粉尘的主要来源，占整个工作面产尘的60%。国内一般采用高压喷雾等措施治理采煤机割煤产尘，但是由于煤体干燥易碎造成的垮落冲击产尘严重、高风速造成大量煤尘被吹扬并迅速扩散，传统的喷雾降尘措施受到布置位置及风流对雾流参数扰动影响等原因，根本不能解决高瓦斯工作面粉尘污染的问题。因此，针对采煤机割煤垮落冲击产尘特点以及粉尘扩散运动规律，结合高压喷雾的防降尘技术要求，通过大量的现场实践，得出必须以“先控后降”的技术思路对采煤机割煤产尘进行治理。“先控后降”的技术思路主要是利用布置在不同位置的喷雾，实现“在尘源点（采煤机滚筒）就地灭尘、控制含尘气流扩散、对控制的含尘气流进行高效喷雾降尘”。基于这一技术要求，形成了采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术、采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术为代表的综合防尘技术，效果明显。

图a是两种技术现场粉尘治理喷雾效果图。其中，采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术（如图1-b所示）把喷嘴布置在支架前探梁上，调整喷雾方向、选择合理的喷雾参数，使得喷雾从支架上由上到下形成均匀水雾包裹采煤机滚筒，并且喷雾随采煤机的运行顺次的开启或关闭，使得采煤机滚筒永远在喷雾的包裹之下，实现在滚筒尘源位置的就地灭尘，同时通过喷雾对煤体的湿润，减少了煤体在垮落过程中的冲击产尘。而采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术把喷嘴布置在特制的喷雾装置上（图1-c-④），调整喷雾方向，使得喷雾方向与风流运行趋势一致，把原有逆风喷雾改变为顺风引射喷雾，同时调整喷雾角度，使得喷雾把引射的含尘气流控制在电缆槽与煤壁间的区域，利用喷雾雾屏组织含尘气流往司机位置扩散，引射风流往煤壁运动；另外通过布置在采煤机机身的其他喷雾（图1-c-①～③，⑤～⑦），对靠煤壁运动的含尘气流进行高效喷雾降尘，实现对采煤机割煤的粉尘治理。

（3）采用“控”“喷”的技术措施实现支架粉尘治理。煤质干燥易碎，导致了降柱移架及放煤成为工作面主要尘源点，其产尘量占工作面总产尘量的20%。通过现场实践，在放煤时采用高压喷雾覆盖放煤口，可有效解决放煤过程中的粉尘污染。此时，喷雾布置在支架后连杆或者后立柱上，喷雾方向由支架立柱喷向放煤口，喷嘴选用2～3个条件雾化角为60°左右的高压喷嘴即可。针对降柱移架产尘，这是综采面粉尘防治的一个技术难点，现在一般采用先控制粉尘从支架两侧洒落扩散、再采用喷雾降尘措施对控制煤尘进行喷雾的方法进行治理。

4 效果考察

针对高瓦斯工作面粉尘防治难点形成粉尘防治对策，在现场应用时根据现场的产尘特点选择防降尘技术措施，在阳煤一矿、龙滩煤电公司等局矿使用，均达到不错的效果。如阳煤一矿8201综放面煤机中部司机位置在逆风割煤、顺风割煤时使用原有低压喷雾系统，粉尘浓度平均值为9418mg/m3、2890mg/m3，采用综合防降尘措施后粉尘浓度平均值为627mg/m3、223mg/m3，降尘效率为93.3%；龙滩煤电3114南综采面司机位置在逆风割煤时使用原有低压喷雾系统，粉尘浓度平均值为1960mg/m3，采用综合防降尘措施后粉尘浓度平均值为155mg/m3，降尘效率为92.1%。

5 结论

（1）通过分析得出了高瓦斯综采工作面粉尘防治的技术难点，即煤质干燥易碎、垮落冲击产尘严重、扩散迅速以及湿润性较差。

（2）针对高瓦斯综采工作面粉尘防治的技术难点，结合现有的防尘技术及管理经验，提出了相应的治理措施，即“先控后降”，控制煤尘产生、控制煤尘扩散，对控制的含尘气流高效喷雾降尘。通过该措施在阳煤一矿、龙滩煤电等矿的应用考察，司机位置的降尘效率可达到90%以上，效果显著。

（3）实践证明，良好的管理制度是防降尘系统高效运行的保障，因此必须重视管理制度及技术措施的制定及执行，保证防尘工作的有力开展。

参考文献：

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作者简介：范宁（1984-），男，安徽阜南人，本科，助理工程师，研究方向：煤矿“一通三防”（通风与安全工程）。