綜采工作面防治強爆炸性煤塵技術研究及應用

向新永

（永煤集團股份有限公司新橋煤礦，河南 永城 476600）

綜采工作面割煤、運煤及移架等各環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量的粉塵，危害作業(yè)人員生命健康，而具有爆炸性的煤塵可能引發(fā)爆炸風險，對煤礦安全生產(chǎn)具有更大的威脅[1-2]。本文以2302綜采工作面為研究對象，通過對其綜合防塵技術的研究，總結具有爆炸性煤塵的綜采工作面防塵降塵及防爆治理技術措施。

1 工作面概況

2302綜采工作面煤層較穩(wěn)定，煤層傾角為6°～23°，平均厚度為2.9m。煤種主要為無煙煤，煤巖成分以亮煤為主，次為暗煤，煤巖類型為光亮型，煤塵具有強爆炸性。2302綜采工作面采用走向長壁一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板。

2 綜合防塵技術

綜采工作面塵源有機組割煤、推溜移架、輸送機轉載、破碎機破煤等。產(chǎn)生的粉塵主要有：

（1）機組割煤是綜采面最大塵源點，持續(xù)時間長，占總粉塵的70%左右；

（2）移架時反復升降支架，支架上方的破碎煤體，在移架過程中沿支架間的縫隙下落產(chǎn)生粉塵；

（3）煤流轉載及人員移動產(chǎn)生的揚塵。

圖1 2302綜采工作面布置示意圖

2.1 減塵技術

煤層注水：對煤層內(nèi)注入水分以提升煤層的浸潤性，可以減弱煤體回采期間灰塵形成量[2-3]。

（1）淺孔煤層注水。適用于地質情況復雜、煤層傾角變化大、煤的孔隙率大于4%、透水性極弱時，或緩傾斜煤層，厚度小于1.3m，或圍巖吸水膨脹性嚴重。淺孔煤層注水時，煤體處于卸壓帶，透水性強，不需要太高水壓，對地質條件適應性強。

（2）深孔煤層注水。在工作面上下順槽內(nèi)，超前工作面布置鉆孔向煤體注水，鉆孔可分為上向孔、下向孔和雙向孔等[3]。鉆孔布置方式、鉆孔深度、鉆孔間距按煤層透水性、工作面長度、鉆機性能及煤層構造、傾角、厚度等綜合考慮[3]。

（3）注水鉆孔布置。距工作面上、下端頭煤壁10～15m起布孔，中間段每5架一個鉆孔（受頂矸、底矸、夾矸等地質構造影響處，可將鉆孔向工作面機頭或機尾方向適當偏移），順槽8～10m布置一個鉆孔。鉆孔距頂板1/3～1/2采高，順著煤層方向進行施工。

（4）每孔注水量：q=K×n×Vc

式中：

q-每孔注水量；

K-漏水系數(shù)，取1.05；

n-濕潤系數(shù)，取0.4%；

Vc-濕潤體積，Vc=L×B×M（L為鉆孔深度，B為鉆孔間距，M為煤層厚度）。

每孔注水量為0.67～1.09m3。

2.2 降塵技術

（1）采煤機塵源跟蹤系統(tǒng)。主要由控制箱、發(fā)射器、接收器、電磁閥、過濾器、通訊管路、電源電纜和高壓水路等組成。其風流方向噴霧范圍大，噴霧產(chǎn)生的霧流不但能有效覆蓋滾筒，還能形成一堵“霧墻”有效地阻止粉塵向人行道擴散。經(jīng)測量分析，單獨使用該系統(tǒng)后采煤機司機處及司機下方10m處降塵效率分別達到58.3%～62.3%。采煤機塵源跟蹤噴霧降塵技術能夠自動跟蹤采煤機位置，所設計的噴霧裝置能夠完整包裹采煤機滾筒割煤位置，保證噴霧流始終包裹粉塵并及時沉降掉，因此極大降低工作面粉塵濃度，改善工作面作業(yè)環(huán)境。

（2）采煤機內(nèi)外噴霧。采煤機外噴霧，指在采煤機外部敷設水管，將噴霧器安設在采煤機不同位置處；內(nèi)噴霧，指在采煤機滾筒輪轂或旋轉葉片上安裝噴霧機進行噴水降塵。將兩種方法結合以發(fā)揮降塵防塵的作用，降塵效果高達80%[4]。采煤機割煤時必須噴霧降塵，內(nèi)噴霧壓力不得小于2MPa，外噴霧壓力不得小于4MPa，無水或者噴霧裝置不能正常使用時必須停機。

（3）采煤機高壓噴霧技術。采煤機高壓噴霧技術采用高壓噴霧以達到降塵效果，在噴射過程中，在噴吸裝置后方形成負壓區(qū)域，在噴射同時煤塵將會被捕獲，從而減少了煤塵的擴散。此方法除塵效果明顯，在采煤機的除塵中被廣泛應用[2-6]。

（4）液壓支架降架自動噴霧。在實施綜合機械式作業(yè)期間，液壓支架在綜采工作面內(nèi)部轉移期間會形成大量煤塵，因此，在液壓支架轉移時要使用相關的防塵對策[1]。2302綜采工作面液壓支架安裝架間噴霧降塵裝置，通過液壓支架自動噴霧控制閥的應用，在液壓支架降架、移架時進行自動噴霧除塵，以構成凈化水幕，減少灰塵總量，其降塵效果好，應用也較為廣泛。

（5）煤流系統(tǒng)轉載點噴霧。在采煤機向刮板輸送煤過程中，轉載部分會產(chǎn)生大量煤塵，故對轉載點采用自動噴霧技術進行降塵。2302綜采工作面各轉載點均安設自動噴霧裝置（噴霧壓力不小于0.7MPa），每處設不少于3個噴嘴，隨設備運轉噴霧，噴霧覆蓋煤流。

（6）兩巷全斷面自動噴霧。綜采工作面進、回風巷設置凈化水幕，在進行綜采作業(yè)時，開啟回風巷內(nèi)的防塵水幕進行降塵工作，水幕必須霧化良好且能夠覆蓋巷道全斷面。在2302綜采工作面兩巷布置防塵水管，兩巷供水管每50m設置一個DN25球閥。兩順槽距工作面不超過50m安裝第1道凈化水幕，距工作面不超過100m安裝第2道凈化水幕，兩道水幕之間的距離不低于20m。凈化水幕能夠封閉全斷面，霧化效果好，并且膠帶運輸順槽凈化水幕與膠帶輸送機聯(lián)鎖，實現(xiàn)自動啟停。

2.3 除塵技術

（1）進風順槽內(nèi)距離工作面與進風順槽交叉口20m范圍內(nèi)每天至少沖洗一次，20m以外每月至少沖洗一次；

（2）回風順槽內(nèi)距離工作面與回風順槽交叉口80m范圍內(nèi)每班至少沖洗一次，80～300m范圍內(nèi)每天至少沖洗一次，300m以外每旬至少沖洗一次；

（3）順槽膠帶輸送機機頭、機尾20m范圍內(nèi)每班至少沖洗一次。

2.4 隔爆設施

在采煤工作面進回風巷道中靠近頂板的部位，設置由水袋組成的隔爆水棚，按縱深方向排列。水袋內(nèi)裝滿清水，如果發(fā)生煤塵爆炸，爆炸沖擊波可在巷道傳播并擊掉水袋，水受沖擊波作用形成水霧，阻隔后面的煤塵，起到隔絕爆炸的作用。

2302綜采工作面兩巷每隔不超過200m設置一組隔爆水棚，并確保末列隔爆水棚距工作面始終在60～200m之間。水棚設置在巷道的直線段，與巷道交岔口、轉彎處、變坡處距離在50～75m之間。每組水棚長度不小于20m，水棚距頂板、兩幫的間隙不小于0.1m，距巷道軌面不小于1.8m，棚間距為1.2～3m，并保證有不小于200L/m2的水量。水袋采用40L水袋，吊掛保持水平，水袋水平面距水袋上沿不超過40mm（水平面距水袋四個上沿兩兩之差不超過15mm）。隔爆設施由專人負責、掛牌管理，水袋不許有丟失、損壞、脫鉤或水量不足等現(xiàn)象。

3 防塵效果分析

鑒于綜采工作面的粉塵主要以煤塵為主，為考察2302綜采工作面綜合防塵技術應用后采煤各環(huán)節(jié)的產(chǎn)塵量，故在工作面向回風側方向200m處測定呼吸性粉塵濃度和總粉塵濃度。其測點布置和測塵方法按照《粉塵濃度與分散度測定方法》及《煤礦井下粉塵測試規(guī)范》進行，測定結果如表1所示。

表1 2302綜采工作面回風側粉（煤）塵濃度考察表

由表中數(shù)據(jù)可看出，上述綜合防塵技術應用后，工作面降塵率比較明顯，產(chǎn)塵量明顯下降?；仫L側方向200m處的呼吸性粉塵濃度由8.58mg/m3降低至3.02mg/m3，降幅64.8%；總粉塵濃度由15.65mg/m3降低至5.28mg/m3，降幅66.3%。通過上述綜合防塵技術的應用，實現(xiàn)了對強爆炸煤塵綜采工作面煤塵濃度和影響范圍的有效控制。相關數(shù)據(jù)顯示，煤塵控制效果良好，極大降低了煤塵爆炸的危險性，工作面作業(yè)環(huán)境改善顯著。

4 結語

本文通過對強爆炸煤塵綜采工作面防塵工作的分析，通過采用淺孔煤層注水、深孔煤層注水、采煤機塵源跟蹤系統(tǒng)、采煤機內(nèi)外噴霧、采煤機高壓水射流噴霧、液壓支架降架自動噴霧、兩巷自動全斷面噴霧、煤流系統(tǒng)轉載點噴霧、巷道沖塵、隔爆水棚等綜合防塵技術，有效降低了綜采工作面的煤塵濃度，降低了煤塵爆炸危險性，較好改善了礦井綜采工作面的作業(yè)環(huán)境，極大改善了礦井安全生產(chǎn)條件和工作面的勞動衛(wèi)生條件，降低了綜采工作面煤塵給相關工作者造成的損害，大大提高了綜采工作面生產(chǎn)效率。