综采工作面综合防尘技术研究应用

毕 炯

(山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司，山西 高平 048400)

引 言

综采工作面回采期间落煤点、运输顺槽以及卸煤点会产生高浓度粉尘，不仅降低了工作面质量标准化水平以及工作面能见度，不利于工作面安全施工，而且高浓度扬尘很容易发生煤尘爆炸事故。目前，我国多数煤矿采掘工作面主要采用的是喷雾降尘技术措施，但是该技术自动化水平低，降尘效果差，而且长期喷雾洒水降尘会造成矿井静压水流失严重，采掘工作面积水量大，无法满足工作面高效除尘需求。以山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司15201工作面为例，对工作面回采期间降尘措施进行优化，提出了综合防尘技术。

1 综采工作面概述

山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司15201回采工作面位于二采区的中部，东部为实体煤层，西部20 m为准备面15202回风顺槽。南面30 m为井田边界，北部为西翼回风大巷、胶带大巷、轨道大巷。

15201回采工作面设计走向长度为2 580 m，倾向长度为200 m，工作面回采煤层为石炭系上统太原组15#煤，平均厚度为3.2 m，平均倾角为3.5°，工作面煤层厚度变化不大，无突变现象，煤层结构简单，局部褶曲现象比较明显，但对整个工作面回采工作影响不大，含夹矸2层，单层厚0.02 m～0.1 m。940 m～1 140 m，15#煤层上部有一层夹矸，厚度0.5 m～1.5 m，夹矸上部有一层14#煤层，厚度0.9 m～1.0 m。受煤层赋层影响，15201工作面回采前期工作面采煤机落煤点、运输顺槽、以及卸煤点粉尘浓度大，传统采用喷雾降尘效果差，无法满足巷道降尘要求。

2 综合防尘技术应用

为了进一步提高15201回采工作面防尘技术水平，降低工作面粉尘浓度，决定对综采工作面顺槽安装全断面负压高效捕尘装置、液压支架安装泡沫抑尘装置并优化工作面喷雾喷头等综合防尘措施。

2.1 安装全断面负压高效捕尘装置

1) 全断面负压高效捕尘装置主要由喷管、高压喷嘴、捕尘网等部分组成。通过除尘装置进行除尘，实现尘雾耦合作用。尘雾耦合作用主要是指在采掘作业场地，通过捕尘装置实现喷雾颗粒与高浓度飞扬的粉尘颗粒惰性凝结，通过湿润粉尘颗粒，从而有效降低粉尘张力作用，并增加了粉尘颗粒重力，使其沉降[1]。

2) 首先将全断面负压高效捕尘装置安装在运输顺槽或回风顺槽内，安装过程中保证装置与巷道围岩固定牢固，装置安装后调整喷头使喷头喷出的水雾扩散直径大于喷管内径，如第104页图1所示。

3) 高压高压喷嘴喷出水雾后，喷嘴前方空气被水雾推出，从而形成真空，在喷嘴处产生一定负压，在负压作用使喷嘴后方含尘气流不断被吸入气流引射装置的喷管内[2]。

4) 含尘气流中粉尘在喷管内与水雾不断碰撞，使得小颗粒粉尘与水雾结合，并同水雾快速喷出，粉尘颗粒喷出后由于自身重力增加，会自动下沉；同时降尘后的新鲜空气继续以较高速度喷出，在喷出端再次形成负压场，并使周围污风进入喷雾场，进行二次净化降尘。

图1 全断面负压高效捕尘装置降尘机理示意图

2.2 工作面安装泡沫抑尘器

1) 综采工作面安装的泡沫抑尘器主要由泡沫发生器、除尘风水管、旋转喷头、电控液阀、PLC控制器、传感器等部分组成，如图2所示。

2) 泡沫抑尘器主要安装综采工作面支架顶梁下端，工作面每隔50 m安装一台泡沫抑尘器。

3) 工作面回采期间飞扬的粉尘被泡沫抑尘器中传感器监测，并将监测到的粉尘浓度上传至PLC控制器；通过PLC控制分析处理后，打开电控液阀使得泡沫产生器产生高浓度泡沫，并通过旋转喷头喷出，达到降尘目的[3]。

4) 泡沫抑尘器与传统喷雾装置相比，泡沫抑尘器喷出泡沫体积大、附着力强，泡沫颗粒与粉尘颗粒可进行1:2配比进行吸附，降尘效果好，而且泡沫颗粒与水雾颗粒相比，对工作面设备影响小，可提高工作面作业环境质量。

图2 综采工作面泡沫抑尘器结构示意图

2.3 优化工作面喷雾喷头

1) 喷头是喷雾除尘装置中重要元件，喷头质量直接关系着喷雾效果，目前我国煤矿井下喷雾喷头主要采用铁质多孔扩散喷头，水流在水压作用下通过喷头喷出；但是传统喷头还存在一些问题，制约着喷雾效率及效果，主要表现在以下几方面：

a) 由于井下环境潮湿且含有很多腐蚀性物质，传统喷头在使用过程中很容易被腐蚀损坏，喷头出现生锈、断裂等现象，降低了喷雾效果，需定期对喷头井下更换，增加了喷头成本费用[4-5]。

b) 传统喷头喷雾时主要利用静压作用，将水流喷出，但是当水压不足或水质质量差时，水流很难被雾化，从而达不到预期的喷雾降尘效果。

2) 针对传统喷头的不足，通过研究决定，对井下所有喷雾喷头井下优化设计，优化后喷头采用高锰钢制成，在喷头上安装一个增加器，从而解决了传统喷头增加不足，造成喷雾效果差等技术难题。

3 实际应用效果分析

2019年8月山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司对15201回采工作面采取了综合防尘技术，截止2019年12月14日，15201回采工作面已完全回采到位，通过对15201工作面采取安装全断面负压高效捕尘装置、安装泡沫抑尘器以及优化喷雾喷头等综合防尘措施后，通过实际应用效果发现，综合防尘技术有效降低了工作面粉尘浓度，采取措施后工作面粉尘浓度由原来的132 mg/m3降低至25 mg/m3以下，提高了作业场所环境质量，保证了工作面安全高效生产。

4 结语

山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司对15201回采工作面采取综合防尘技术后，大大提高了工作面防尘技术水平，实现了综采工作面安全稳定生产，该综合防尘技术为煤矿粉尘防治提供了实际借鉴，为煤矿采掘工作面降尘优化、实施提供参考依据，具有良好的推广意义。