综采工作面综合防尘技术研究

杨宏飞

【摘 要】 针对综采工作面煤炭回采时普遍存在的粉尘浓度高、煤层原始含水率低等特点，本文基于粉尘分源治理、防降结合思路，提出综合使用煤层超前注水、采煤机高压喷雾、转载机及破碎机密闭喷雾降尘、回风巷湿式捕尘帘降尘等立体粉尘防治技术，现场应用取得较好粉尘防治效果。研究结果表明：1）超前注水增加煤层自身含水率可降低综采工作面粉尘产生量，钻孔参数设计时应综合考虑采面斜长、瓦斯压力、渗透性系数以及埋深等参数，以便达到增加煤层注水效果目的;2）采煤机割煤以及液压支架是综采工作面主要产尘点，采用自动化喷雾除尘系统可依据采煤机位置、液压支架状态进行自动喷雾，在减少喷雾用水使用量的同时达到高效除尘效果;3）在采面转载机及破碎机综合使用防尘罩、喷雾装置可减少粉尘外溢量;4）在距离采面50m范围内布置3道由六头盒式喷头、过滤纱窗、过滤纱门等构成的湿式捕尘帘可有效降低回风巷内粉尘浓度。研究成果可为其他矿井类似情况下综采工作面粉尘综合防治提供经验借鉴。

【关键词】 煤炭开采;防尘技术;煤层注水;喷雾降尘;高压喷雾

【中图分类号】 TD714 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）05-0011-03

粉尘是煤炭资源开采过程中的连带产生物，高浓度粉尘会影响井下作业人员身体健康，而且当粉尘具有爆炸性时会给煤炭回采带来严重安全威胁。

目前矿井常用的粉尘防治措施有煤层注水、冲洗巷道浮尘、湿式打钻、转载机及带式输送机喷雾降尘、采煤机喷雾、净化水幕等，通过综合使用多种粉尘措施可达到提高粉尘防治效果目的。11305综采工作面开采的11号煤层具有突出危险性，本身含水率低，采面回采期间粉尘产生量较大，为此，文中就以该采面粉尘防治为工程背景，基于粉尘分源治理、防降结合思路设计立体防尘技术方案并进行工程应用，以期为其他矿井类似情况粉尘防治提供经验借鉴。

1 工程概况

山西某矿11305工作面开采11号煤层，煤厚4.2m，采用综合机械化开采工艺，采高4.2m。11号煤层倾角9°，埋深平均560m，属于煤与瓦斯突出煤层。11305工作面设计走向推进长度1256.5m、切眼倾向长度226m。11号煤层为优质的无烟煤，煤质分析结果为：Ad=11.27%、Mt=2.7%、St=1.85%、Vdaf=9.08%。11305工作面额定供风量为1205m3/min。采用CCGC-1000测尘仪对上述位置粉尘浓度进行测定，具体测定结果见表1。

从表1看出，采面在回采过程中粉尘产生量较高，作业人员长期处于高浓度粉尘下会严重影响身体健康，而且11305工作面开采的11号煤层煤尘具有爆炸性，高浓度粉尘会给回采安全带来威胁。因此，应针对采面实际情况进行针对性粉尘防治。

2 采煤工作面立体防尘技术

根据以往研究成果并结合11305工作面粉尘产生量大、煤层原始含水率低等特点，基于粉尘分源治理、防降结合思路设计立体防尘技术方案。

2.1 煤层超前注水

煤层超前注水是在采面开采前以及开采过程中向煤体进行有压注水，水在煤体内裂隙扩展增加煤层水分，进而降低煤炭开采时粉尘产生能力。煤层注水是降低采煤工作面粉尘产生量的最有效技术之一。

11305工作面开采的11号煤层煤体结构简单，大部分可采，煤层自然含水率介于1.0%～2.2%、孔隙率在4%以上，采面斜长226m。根据采面情况，并结合《煤矿安全规程》相关注水规定，确定采用双向长钻孔方式进行煤层注水。具体注水方案为：

注水孔开孔高度为1.8m、钻孔间距5.0m、倾角12°，钻孔孔径75mm、孔深115m;注水孔封孔用膨胀式封孔器，有效封孔长度在10m以上;鉴于11号煤层孔隙发育，透水性较强以及煤层瓦斯压力较大（原始瓦斯压力1.5MPa），将注水压力设计为4～6MPa，注水过程中通过调节注水流量调整注水压力。

在煤层注水过程中监测注水压力、注水流量等参数，确保注水完成后煤层含水率增加量在1.5%以上。

2.2 采煤机高压喷雾

11305工作面采煤机原采用内外喷雾技术降尘，但是受到喷雾降尘水压低、喷雾水质差等因素影响，采煤机内喷雾常出现堵塞、外喷雾雾化效果不佳等问题，难以对采煤机割煤时产生的细微粉尘进行捕捉;同时采煤机不断移动，割煤滚筒摆动幅度大、产尘位置不断变化，粉尘在风流影响下快速扩散，采煤机常规的内外喷雾系统难以有效覆盖割煤产尘点，从而使得采煤司机位置以及采面内粉尘浓度较高。为有效降低采煤机割煤粉尘外溢量，决定在采煤机上增加布置尘源跟踪高压喷雾系统，以便实现采煤机割煤滚筒破煤区全覆盖，具体尘源跟踪高压喷雾系统结构见图1所示。

尘源跟踪高压喷雾系统由主控箱（1个）、分控制器（若干组）、光控发射传感器（1个）、光控接收器（若干个）以及电动球阀（若干个）等构成。具体除尘原理为：在采面布置N个喷雾点（单个喷雾点包括电动球阀、光控接收器以及分控制器），当采煤机移动至1号喷雾点位置后，采煤机光控发射传感器发出的信号被光控接收器接收后传输给分控制器，控制器向电动球阀发出指令从而实现喷雾点喷雾;当光控接收器接收不到信号后按照设定的延时时间喷雾，当延时时间到后喷雾点停止喷雾;后续的喷雾点按照相同方式进行喷雾，从而实现采煤机全覆盖降尘。喷雾系统还可以控制采煤机下风流方向喷雾点喷雾，从而有效降低采面内粉尘量;同时还可以根据采煤机割煤时粉尘产生浓度智能控制喷雾点数量，达到控制采煤机割煤粉尘浓度的同时降低喷雾用水量。

2.3 液压支架移架自动喷雾

液压移架产尘是综采工作面第二大产尘源，为此提出采用移架自动喷雾系统进行降尘，实现喷雾降尘与液压支架移架同步联动。移架自动喷雾系统由降柱移架喷雾架、自動喷雾控制装置、高压供水管路以及相关配件等构成，具体见图2。

在支架降柱移架过程中降尘系统自动开启，支架完成升架支撑后自动停止喷雾，同时喷雾压力可在0.4～0.8MPa范围内调整。可根据现场情况调整喷雾压力，将喷雾覆盖整个降柱移架支架，从而达到最佳喷雾降尘效果。

2.4 转载机及破碎机降尘

对于破碎机降尘可综合使用防尘罩、喷雾装置实现，将破碎机产生的粉尘控制在防尘罩内并通过喷雾降低防尘罩内粉尘浓度。由于转载机难以有效覆盖，为此采用喷雾方式降尘，具体在运煤流线路上安装3～5个高压喷雾喷嘴，对转载过程进行全覆盖喷雾降尘。考虑到转载点位置有人员专门值守、作业人员可及时进行喷雾控制，为此此处喷雾降尘采用手动控制方式，将喷雾控制阀门布置在距离转载机司机5m以内位置。

2.5 回风巷湿式捕尘帘

为有效降低回风巷内粉尘浓度，在距离采面50m范围内布置3道湿式捕尘帘，捕尘帘由过滤纱窗、防尘水幕、过滤纱门等构成，可实现巷道全断面覆盖。

根据11305工作面回风巷断面，采用2寸钢管制作成与巷道断面一致的框架，并在巷道过人、过车位置布置可以开启小门（小门上仍有防尘网），在框架上布置防尘网;在喷雾水管上均匀布置喷头，喷头为雾化效果显著的六头盒式喷头，具体见图3所示。

喷雾后即会在防尘网上形成“雾膜”，空气中粉尘在“雾膜”作用下粘附到防尘网上并流向巷道底板水沟中。采用的湿式捕尘帘可随着采面推進移动，挪移较为便捷。具体回风巷湿式捕尘帘现场喷雾情况见图4所示。

3 综合防尘效果分析

在11305采煤工作面使用立体化防尘技术后，为考察防尘效果采用CCGC1000测尘仪对措施实施后的粉尘浓度进行测定，并结合表1中原有粉尘浓度对防尘效果进行计算，具体测定结果见表2所示。

从表2看出，在11305采煤工作面使用立体化防尘技术治理粉尘取得显著效果。采煤机割煤时采煤机司机位置粉尘全尘浓度由500mg/m3以上降低至100mg/m3以下、呼吸性粉尘浓度由200mg/m3左右降低至50mg/m3左右，全尘、呼吸性粉尘综合降低率分别达到82.8%、78.2%;回风巷内全尘以及呼吸性粉尘浓度分别控制在25.7 mg/m3、10.6 mg/m3，综合降尘率分别达到86.6 %、74.7%。

4 结论

文章对煤层注水方案、采煤机喷雾降尘、破碎机及转载机降尘、回风巷湿式捕尘帘技术方案进行设计。采煤机喷雾降尘可根据采煤机位置进行针对性降尘，在满足采面降尘需要基础上避免采面积水;液压支架移架自动降尘可根据液压支架工作状态进行自动喷雾;回风巷湿式捕尘帘不受回风巷风速影响，可实现全断面降尘。

除尘方案应用后采煤工作面全尘、呼吸性粉尘综合降尘率平均分别为84.5%、78.7%。

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