伏岩矿3109 回采工作面粉尘综合防治技术应用

原成静

（山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司，山西 阳城 048100）

采煤工作面是煤矿井下最主要的产尘点之一，伏岩矿3109 回采工作面总粉尘浓度最高可达1500 mg/m3。长时间在高浓度粉尘条件下工作，工人易吸入过量粉尘，最终引发尘肺病等心肺系统疾病。本文针对伏岩矿3109 采煤面采煤过程中主要产尘点设计了以泡沫抑尘技术为主的综合降尘措施，测定了降尘效果，研究成果对其他采煤面有借鉴作用。

1 工作面概况

伏岩矿隶属于山西阳城阳泰集团，位于山西省晋城市阳城县。3109 工作面所属的3#煤层稳定，厚度变化小，平均厚度为4.96 m，倾角3°～8°。煤层中局部地方有小型构造，以亮煤为主，煤种为优质无烟煤，硬度f 值为1.2。3109 工作面走向长度平均350 m，可采290 m，倾向长度平均139 m，面积47 950 m2。工作面位于背斜轴部东翼，此背斜对开采无影响，范围内未发现冲蚀带、陷落柱、火成岩。工作面采用MWG250/600-W 型双滚筒采煤机落煤，采高 3.6 m，截深0.6 m。采煤机采用端头斜切进刀方式，双向割煤，刮板输送机运煤，综采液压支架支护顶板。采煤顺序为：采煤机在端头（端尾）进刀、从机头向机尾（机尾向机头）割煤、追机移架或超前移架、推移输送机、人工清煤。

2 综合降尘技术实践及效果

2.1 综合降尘措施

采煤机滚筒旋转割煤是采煤面最重要的产尘源头。高效治理粉尘需要首先从源头上抑制粉尘产生，即抑制采煤机滚筒旋转割煤产尘。泡沫除尘是一种新型降尘措施，泡沫是气体被液膜包裹后的聚集体，用于降尘的泡沫中添加了稳泡剂、表面活性剂等成分，使泡沫具有承压性，能够在管路内带压运输，且稳定性较高。表面活性剂的加入能够大幅降低泡沫的表面张力，与水相比泡沫润湿性更强。泡沫有效包裹滚筒能实现高质量抑尘效果。此时粉尘随泡沫沉降，防止随风流扩散达到减少粉尘扩散的效果。

在综采工作面，风流沿工作面由机巷流向风巷，粉尘随风流扩散流动。因此，在采煤机上根据粉尘的扩散轨迹设计了一种泡沫抑尘的方法，该方法可使泡沫有效地覆盖粉尘，阻断其扩散通道，使粉尘在产生地点附近就被捕捉，可以根据两个滚筒割煤岩时的产尘量调整分配给两个滚筒的泡沫量。

由于综采工作面只有高压水管，没有压风管路，传统的压缩空气式工艺系统无法实施。针对这一难题，创新研制出一种新的泡沫抑尘系统。该系统包括发泡剂添加、泡沫发生、泡沫输送和泡沫喷射四部分，即发泡剂提前添加形成发泡液，发泡液由机巷中的发泡剂添加器流向安装在采煤机上的泡沫发生器中进行发泡；在尘源周围布置多个泡沫喷头，在工作面空间和条件合适的地点安装泡沫抑尘装置，泡沫抑尘装置制备的泡沫输送至喷头后，将泡沫均匀喷洒到滚筒周围。控制系统包括设置在主管路和分支上的控制阀。该装置只需利用综采工作面已有压力水，无需其他动力设备；将发泡剂添加部分和发泡部分分离，大大减小占用采煤机上的空间，能够适应井下狭小空间的要求；控制系统包括设置各主管路上的控制阀，操作简单，稳定可靠。

具体工艺流程如图1 所示。压力水进入水管路，通过发泡剂自动添加装置（比例混合器）实现压力水的增速降压形成负压，将发泡剂自动添加到水管路中形成均匀的发泡液，进入发泡器。发泡器实际是一个液气射流器，在发泡器中，发泡液与被卷吸入的发泡器的空气混合、压缩，气液迅速混合形成高性能泡沫。气液迅速混合形成的高性能泡沫经过分配器被输送至固定在采煤机滚筒附近的泡沫喷头，以外喷形式将泡沫喷射至尘源及其附近含尘空气中实施高效降尘。泡沫抑尘系统能够产生较好降尘泡沫，对应的技术参数如下：（1）耗水量：0.8～1.0 m3/h；（2）供水压力：4～6 MPa；（3）发泡剂添加比例：0.4～0.8%；（4）自吸空气量：20～60 m3/h；（5）发泡倍数：20～30 倍；（6）泡沫生成量：30～60 m3/h。直接采用采煤机自带水管，泡沫输送管路为直径19 mm 的矿用高压胶管。针对两个滚筒各配置一个发泡器，泡沫发出后经由分配器再分成两路，通过喷头喷射至滚筒上，如图2 所示。

图1 综采工作面泡沫抑尘工艺

图2 泡沫抑尘装置示意图

除采煤机截割产尘以外，液压支架移动时也会产生粉尘，需要特别针对两支架之间的粉尘进行治理。如图2 所示。当操作前柱控制阀进行降柱时，高压液同时打开多功能自动控制阀通向移架喷头组的通水阀路而喷雾，移架时通水喷雾；当升柱时，同时关闭通水阀路而停止喷雾。这样就实现了移架自动喷雾。当操作尾梁控制阀进行放煤时，高压液同时打开多功能自动控制阀通向放煤口喷头组的通水阀路而喷雾，并且通过管路向下风侧邻架供水喷雾；当停止放煤时，又同时关闭通水阀路而停止喷雾。当采煤机割煤时，可打开本架或下风侧邻架的手动阀向移架喷头组供水喷雾，净化扩散的含尘风流。

支架动作与喷雾启闭联动技术保证了在移架和放煤过程中对应的支架喷雾及时启闭，从而避免了人工易造成的误操作，降低了工人的劳动强度，提高了降尘效率，节约了用水量，在煤矿井下得到了广泛的应用。

全自动净化水幕帘安装在回风巷，由红外传感器控制自行开启、关闭，能够避免作业人员和车辆通过时被水雾淋湿。喷雾的启闭可由粉尘传感器控制，粉尘浓度测试仪设定了极限粉尘浓度值，当粉尘浓度超过此值时，喷雾器开启进行喷雾降尘，粉尘浓度降至设定值以下时，喷雾开关自动关闭。在巷道中净化风流两侧安装红外线传感器，当有人经过时，红外传感器检测到人体散发出的热量，可以自动停止喷雾，延时0～180 s（可调）后，自动恢复喷雾洒水。如图3。水幕用水压力1.5 MPa，供水管路直径19 mm，固定有9 个扩散角度为45°、孔径为2.0 mm 的平扇形喷头，总耗水量为1 t/h。

图3 4 回风巷水幕帘示意图

图4 回风巷水幕帘示意图

2.2 降尘效果

为了判别综合降尘技术的除尘效果，在采煤机下风侧和回风巷处测定粉尘浓度在开启降尘技术以及未开启降尘技术的数值。测尘仪采用直读式粉尘仪，同时测定全尘和呼尘。除尘率按照公式（1）计算。

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ为除尘率，%；c1为没有降尘措施时的粉尘浓度，mg/m3；c2为采用综合降尘措施后的粉尘浓度，mg/m3。

根据表1 中的不同位置粉尘浓度实测结果可以看出，利用泡沫抑尘技术针对采煤机双滚筒产尘治理以后，全尘浓度在采煤机下风侧10 m 位置从1 342.4 mg/m3降低到了103 mg/m3，呼尘平均浓度从666 mg/m3降低到了63.6 mg/m3，降尘率分别高达92.3%和90.5%。同时采用液压支架喷雾降尘、回风巷捕尘净化水幕帘综合处理移架落尘和底板二次扬尘以后，全尘平均浓度在水幕帘后3 m 处从1 002.7 mg/m3降低到44.7 mg/m3，呼尘平均浓度从537.5 mg/m3降低到31.5 mg/m3，降尘率达到了95.6%和94.1%。

表1 不同位置的粉尘浓度

3 结论

采煤工作面存在采煤机双滚筒割煤产尘、液压支架架间落尘、落煤扬尘等产尘源，需要多种降尘技术综合治理。采用了泡沫抑尘技术后，采煤机下风侧10 m 处降尘率达到了92.3%和90.5%；同时应用液压支架喷雾降尘、回风巷捕尘净化水幕帘综合治理粉尘后，在水幕帘后方3 m 处的全尘和呼尘降尘率分别达到了95.6%和94.1%。