综采工作面防治强爆炸性煤尘技术研究及应用

向新永

（永煤集团股份有限公司新桥煤矿，河南 永城 476600）

综采工作面割煤、运煤及移架等各环节会产生大量的粉尘，危害作业人员生命健康，而具有爆炸性的煤尘可能引发爆炸风险，对煤矿安全生产具有更大的威胁[1-2]。本文以2302综采工作面为研究对象，通过对其综合防尘技术的研究，总结具有爆炸性煤尘的综采工作面防尘降尘及防爆治理技术措施。

1 工作面概况

2302综采工作面煤层较稳定，煤层倾角为6°～23°，平均厚度为2.9m。煤种主要为无烟煤，煤岩成分以亮煤为主，次为暗煤，煤岩类型为光亮型，煤尘具有强爆炸性。2302综采工作面采用走向长壁一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。

2 综合防尘技术

综采工作面尘源有机组割煤、推溜移架、输送机转载、破碎机破煤等。产生的粉尘主要有：

（1）机组割煤是综采面最大尘源点，持续时间长，占总粉尘的70%左右；

（2）移架时反复升降支架，支架上方的破碎煤体，在移架过程中沿支架间的缝隙下落产生粉尘；

（3）煤流转载及人员移动产生的扬尘。

图1 2302综采工作面布置示意图

2.1 减尘技术

煤层注水：对煤层内注入水分以提升煤层的浸润性，可以减弱煤体回采期间灰尘形成量[2-3]。

（1）浅孔煤层注水。适用于地质情况复杂、煤层倾角变化大、煤的孔隙率大于4%、透水性极弱时，或缓倾斜煤层，厚度小于1.3m，或围岩吸水膨胀性严重。浅孔煤层注水时，煤体处于卸压带，透水性强，不需要太高水压，对地质条件适应性强。

（2）深孔煤层注水。在工作面上下顺槽内，超前工作面布置钻孔向煤体注水，钻孔可分为上向孔、下向孔和双向孔等[3]。钻孔布置方式、钻孔深度、钻孔间距按煤层透水性、工作面长度、钻机性能及煤层构造、倾角、厚度等综合考虑[3]。

（3）注水钻孔布置。距工作面上、下端头煤壁10～15m起布孔，中间段每5架一个钻孔（受顶矸、底矸、夹矸等地质构造影响处，可将钻孔向工作面机头或机尾方向适当偏移），顺槽8～10m布置一个钻孔。钻孔距顶板1/3～1/2采高，顺着煤层方向进行施工。

（4）每孔注水量：q=K×n×Vc

式中：

q-每孔注水量；

K-漏水系数，取1.05；

n-湿润系数，取0.4%；

Vc-湿润体积，Vc=L×B×M（L为钻孔深度，B为钻孔间距，M为煤层厚度）。

每孔注水量为0.67～1.09m³。

2.2 降尘技术

（1）采煤机尘源跟踪系统。主要由控制箱、发射器、接收器、电磁阀、过滤器、通讯管路、电源电缆和高压水路等组成。其风流方向喷雾范围大，喷雾产生的雾流不但能有效覆盖滚筒，还能形成一堵“雾墙”有效地阻止粉尘向人行道扩散。经测量分析，单独使用该系统后采煤机司机处及司机下方10m处降尘效率分别达到58.3%～62.3%。采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术能够自动跟踪采煤机位置，所设计的喷雾装置能够完整包裹采煤机滚筒割煤位置，保证喷雾流始终包裹粉尘并及时沉降掉，因此极大降低工作面粉尘浓度，改善工作面作业环境。

（2）采煤机内外喷雾。采煤机外喷雾，指在采煤机外部敷设水管，将喷雾器安设在采煤机不同位置处；内喷雾，指在采煤机滚筒轮毂或旋转叶片上安装喷雾机进行喷水降尘。将两种方法结合以发挥降尘防尘的作用，降尘效果高达80%[4]。采煤机割煤时必须喷雾降尘，内喷雾压力不得小于2MPa，外喷雾压力不得小于4MPa，无水或者喷雾装置不能正常使用时必须停机。

（3）采煤机高压喷雾技术。采煤机高压喷雾技术采用高压喷雾以达到降尘效果，在喷射过程中，在喷吸装置后方形成负压区域，在喷射同时煤尘将会被捕获，从而减少了煤尘的扩散。此方法除尘效果明显，在采煤机的除尘中被广泛应用[2-6]。

（4）液压支架降架自动喷雾。在实施综合机械式作业期间，液压支架在综采工作面内部转移期间会形成大量煤尘，因此，在液压支架转移时要使用相关的防尘对策[1]。2302综采工作面液压支架安装架间喷雾降尘装置，通过液压支架自动喷雾控制阀的应用，在液压支架降架、移架时进行自动喷雾除尘，以构成净化水幕，减少灰尘总量，其降尘效果好，应用也较为广泛。

（5）煤流系统转载点喷雾。在采煤机向刮板输送煤过程中，转载部分会产生大量煤尘，故对转载点采用自动喷雾技术进行降尘。2302综采工作面各转载点均安设自动喷雾装置（喷雾压力不小于0.7MPa），每处设不少于3个喷嘴，随设备运转喷雾，喷雾覆盖煤流。

（6）两巷全断面自动喷雾。综采工作面进、回风巷设置净化水幕，在进行综采作业时，开启回风巷内的防尘水幕进行降尘工作，水幕必须雾化良好且能够覆盖巷道全断面。在2302综采工作面两巷布置防尘水管，两巷供水管每50m设置一个DN25球阀。两顺槽距工作面不超过50m安装第1道净化水幕，距工作面不超过100m安装第2道净化水幕，两道水幕之间的距离不低于20m。净化水幕能够封闭全断面，雾化效果好，并且胶带运输顺槽净化水幕与胶带输送机联锁，实现自动启停。

2.3 除尘技术

（1）进风顺槽内距离工作面与进风顺槽交叉口20m范围内每天至少冲洗一次，20m以外每月至少冲洗一次；

（2）回风顺槽内距离工作面与回风顺槽交叉口80m范围内每班至少冲洗一次，80～300m范围内每天至少冲洗一次，300m以外每旬至少冲洗一次；

（3）顺槽胶带输送机机头、机尾20m范围内每班至少冲洗一次。

2.4 隔爆设施

在采煤工作面进回风巷道中靠近顶板的部位，设置由水袋组成的隔爆水棚，按纵深方向排列。水袋内装满清水，如果发生煤尘爆炸，爆炸冲击波可在巷道传播并击掉水袋，水受冲击波作用形成水雾，阻隔后面的煤尘，起到隔绝爆炸的作用。

2302综采工作面两巷每隔不超过200m设置一组隔爆水棚，并确保末列隔爆水棚距工作面始终在60～200m之间。水棚设置在巷道的直线段，与巷道交岔口、转弯处、变坡处距离在50～75m之间。每组水棚长度不小于20m，水棚距顶板、两帮的间隙不小于0.1m，距巷道轨面不小于1.8m，棚间距为1.2～3m，并保证有不小于200L/m2的水量。水袋采用40L水袋，吊挂保持水平，水袋水平面距水袋上沿不超过40mm（水平面距水袋四个上沿两两之差不超过15mm）。隔爆设施由专人负责、挂牌管理，水袋不许有丢失、损坏、脱钩或水量不足等现象。

3 防尘效果分析

鉴于综采工作面的粉尘主要以煤尘为主，为考察2302综采工作面综合防尘技术应用后采煤各环节的产尘量，故在工作面向回风侧方向200m处测定呼吸性粉尘浓度和总粉尘浓度。其测点布置和测尘方法按照《粉尘浓度与分散度测定方法》及《煤矿井下粉尘测试规范》进行，测定结果如表1所示。

表1 2302综采工作面回风侧粉（煤）尘浓度考察表

由表中数据可看出，上述综合防尘技术应用后，工作面降尘率比较明显，产尘量明显下降。回风侧方向200m处的呼吸性粉尘浓度由8.58mg/m3降低至3.02mg/m3，降幅64.8%；总粉尘浓度由15.65mg/m3降低至5.28mg/m3，降幅66.3%。通过上述综合防尘技术的应用，实现了对强爆炸煤尘综采工作面煤尘浓度和影响范围的有效控制。相关数据显示，煤尘控制效果良好，极大降低了煤尘爆炸的危险性，工作面作业环境改善显著。

4 结语

本文通过对强爆炸煤尘综采工作面防尘工作的分析，通过采用浅孔煤层注水、深孔煤层注水、采煤机尘源跟踪系统、采煤机内外喷雾、采煤机高压水射流喷雾、液压支架降架自动喷雾、两巷自动全断面喷雾、煤流系统转载点喷雾、巷道冲尘、隔爆水棚等综合防尘技术，有效降低了综采工作面的煤尘浓度，降低了煤尘爆炸危险性，较好改善了矿井综采工作面的作业环境，极大改善了矿井安全生产条件和工作面的劳动卫生条件，降低了综采工作面煤尘给相关工作者造成的损害，大大提高了综采工作面生产效率。