綜采放頂煤工作面防塵技術探討

李慧杰

（山西省晉城市蘭花科創(chuàng)伯方煤礦，山西 晉城048000）

0 概述

礦井粉塵是煤礦五大自然災害之一，煤礦粉塵因其自身的物理化學性質，導致其具有爆炸危險性的同時，還具有減少儀器使用精度和壽命、降低生產(chǎn)現(xiàn)場可見度以及導致長期工作人員患職業(yè)病等危害。 現(xiàn)階段，隨著我國煤礦采掘機械化程度的不斷提高，礦塵的生成量也急劇上升，尤其是煤礦綜采放頂煤工作面，在割煤、放煤、移架的過程中，產(chǎn)生的粉塵量尤其嚴重，達到了3000-8000mg/m3，嚴重影響企業(yè)的安全高效開采和職工身體健康，因此必須采取有效措施對煤礦粉塵進行防治，本文主要針對綜放工作面幾種防塵技術方法進行探討。

1 防塵技術方法

1.1 煤層注水防塵

煤層注水是煤礦應用極為廣泛的綜合治理粉塵災害的技術措施，也是經(jīng)過實踐證明的降低采煤工作面粉塵含量最積極、最有效的手段。 它主要是在回采前預先在煤層中打若干鉆孔，通過注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，增加煤的水分和塵粒間的黏著力，降低煤的強度和脆度，減少采煤時煤塵的生成量。

圖1 除塵率與注水量的關系

圖2 除塵率與煤的水分增量的關系

（1）注水參數(shù)的影響

注水參數(shù)包括注水壓力、注水速度、注水量和注水時間等，其中注水量(圖1)或煤的水分增量(圖2)既是煤層注水效果的標志，也是決定除塵率高低的重要因素。

（2）注水方式和選擇

a）短孔注水(圖3) 是在采煤工作面垂直煤壁，或與煤壁斜交打鉆孔，注水孔長度1.5～2.5m。

圖3 短孔注水

保證當天產(chǎn)量進度，注水壓力低，工藝簡單，濕潤范圍小，易跑水，且鉆孔注水必須在準備班進行，容易與回采發(fā)生矛盾，對生產(chǎn)能力高的工作面不適用，注水效果一般。

b）深孔注水(圖4) 是在采煤工作面垂直煤壁打鉆孔，注水孔長度5～25m。

圖4 深孔注水

保證2-6 工作日產(chǎn)量進度，鉆孔數(shù)量少，濕潤范圍大而且均勻，注水壓力高，注水工藝設備復雜，采煤循環(huán)中要有準備班。

c）長孔注水(圖5) 在工作面的進、回風巷或只在進風巷或回風巷沿煤層打鉆孔，孔長30～100m。

長孔注水是一種先進的注水方式，鉆孔能濕潤較大區(qū)域的煤體，能獲得較長的注水時間，煤體濕潤均勻，注水與回采不相互干擾。 但是采掘接替緊張的礦井不適合用。

圖5 長孔注水

另外，鉆孔的布置方式、注水系統(tǒng)、注水參數(shù)、注水超前于回采的距離和時間等必須根據(jù)工作面煤層的孔、裂隙發(fā)育程度、滲透性，節(jié)理面方向和工作面各種壓力帶分布情況等綜合進行考慮，合理布置。

（3）煤層注水效果

從我國一些礦井采用各種注水方式的降塵率情況來看，短孔注水為40%-90%，長孔注水為60%-90%。 另外煤層注水還能起到抑制瓦斯涌出， 降低工作面和回風流的瓦斯?jié)舛龋档兔旱挠捕群途徍蜎_擊地壓等作用。

1.2 采煤機新型噴霧降塵

傳統(tǒng)采煤機內(nèi)噴霧常因噴嘴堵塞或系統(tǒng)漏水而不能正常使用；外噴霧常采用逆風噴霧方式，降塵效果欠佳，且當雙滾筒采煤機逆風割煤時，因風流受到采煤機的阻礙、前滾筒的高速旋轉和逆風噴霧的原因，常在采煤機前端產(chǎn)生強烈的渦流，致使大量的高濃度含塵氣流擴散到采煤機司機作業(yè)空間，給司機和下風流作業(yè)區(qū)的人員造成嚴重危害。

采用新型噴霧降塵主要是針對外噴霧存在的弊端，對噴嘴的安裝位置、數(shù)量、布置方式及霧流噴射方向等進行改進。如圖6 所示。

圖6 噴嘴布置示意圖

利用順風噴霧引射的方法， 將大部分含塵風流引向煤壁，迫使其沿煤壁側流動，從而避免在采煤機前端產(chǎn)生渦流，使含塵氣流無法向采煤司機的工作區(qū)間和向人行道空間擴散，提高降塵效果。 同時在引射噴霧和跟蹤噴霧的作用下，將污濁風流中的粉塵降下來。

1.3 高壓噴霧負壓二次降塵新技術

高壓噴霧負壓二次降塵通過：（1）負壓吸塵。 高壓水霧從降塵裝置的前端噴出時，其周圍產(chǎn)生強負壓場，可將采煤機端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入，并予以徹底凈化。 （2）高速霧氣流吸塵。 從降塵裝置前端噴出的高速霧氣流，從滾筒的斷面切過，能控制滾筒旋轉所形成的渦旋風力場，使含塵濃度高的空氣被吸入高速霧氣流中。 （3）局部循環(huán)風流形成，反復凈化風流。

山東新汶礦業(yè)集團協(xié)莊煤礦使用高壓噴霧負壓二次降塵技術，圖7 所示，進而實現(xiàn)了“人走人道，塵走塵道”，圖8所示。

圖7 綜放面采煤機分體式負壓二次降塵裝置

圖8 高速霧障與負壓分布示意圖

分別多次測定各工序空氣中的全塵及呼吸性粉塵含量，結果如下表1：

表1 常規(guī)方法與負壓二次降塵技術粉塵濃度對比 單位：mg/m3

經(jīng)計算，采用負壓二次降塵后，采煤機司機處的平均粉塵濃度比采用常規(guī)措施時減少60.2 mg/m3，降低69.2%，采煤機落煤時平均粉塵濃度減少45 mg/m3，降低54.2%。

1.4 空氣幕防塵

空氣幕隔塵是一種氣幕隔斷阻塵，氣幕的作用相當于在采煤工作面司機與煤壁側中間形成一道“無形透明屏障”，安裝在采煤機上，以阻止工作面采煤過程中粉塵向采煤機司機處擴散， 尤其是阻止粒徑小于5μm 呼吸性粉塵向司機處擴散。 這樣，在采煤機處，工作面風流形成了用空氣隔斷的兩條風道，一條是從氣幕到煤壁，一條是從氣幕到人行道，最終實現(xiàn)負壓二次降塵的效果，形成“人走人道，塵走塵道”，圖9 所示。

圖9 工作面空氣幕隔塵垂直布置及分區(qū)

表2 采煤機下風流呼吸性粉塵濃度及降塵效率

氣幕隔塵技術盡管不是直接降塵，但對長期工作在采煤工作面的采煤司機來說的確有直接意義。 同時，由于氣幕的隔離作用，大量的粉塵被阻隔在靠煤壁側，有利于提高噴霧捕塵降塵的效率，從而降低工作面的粉塵濃度。

同樣在協(xié)莊煤礦進行空氣幕降塵后，測量結果如表2。

2 結語

礦井粉塵治理是一項長期艱巨的任務，它不僅影響到煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟效益，還關系到職工的身心健康等一系列問題。目前,我國各大煤礦企業(yè)雖已采取各類綜合防塵措施對綜放工作面的粉塵進行綜合治理, 也取得了非常不錯的效果, 但距保證職工作業(yè)空間煤塵含量的國家和國際標準還有不小差距。 因此，煤礦粉塵防治技術的研究工作依舊任重而道遠。

［1］楊勝強.粉塵防治理論及技術[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2009.

［2］張國樞,譚允禎,等.通風安全學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2000.

［3］張永吉,等.煤層注水技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

［4］金國淼.除塵設備[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.