登茂通2210 綜采工作面粉塵防治技術(shù)應(yīng)用

雷 劍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)安澤登茂通煤業(yè)有限公司，山西 安澤 042509）

登茂通2210 綜采工作面全塵濃度高達(dá)3000 mg/m3，嚴(yán)重威脅采煤面作業(yè)員工的身心健康和礦井安全生產(chǎn)。長(zhǎng)期吸入大量粉塵，可能會(huì)引發(fā)塵肺病、心血管疾病等慢性職業(yè)病。本文以登茂通2210綜采工作面為例進(jìn)行高效粉塵防治技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果研究，為相似工作面粉塵治理提供參考與借鑒。

1 工作面概況

登茂通煤礦隸屬于陽(yáng)煤集團(tuán)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力90 萬(wàn)t。2210 工作面位于2#煤層，層厚1.1～1.7 m，傾角2°～6°，工作面標(biāo)高868.4～892.2 m，平均可采走向長(zhǎng)971 m，傾斜長(zhǎng)215 m，面積208 765 m2。煤種為低灰、低硫、低磷的焦煤，工業(yè)分析參數(shù)如表1 所示。2210 工作面瓦斯絕對(duì)涌出量4.5 m3/min，相對(duì)涌出量3.09 m3/t。工作面開(kāi)采過(guò)程中供風(fēng)量1600 min/m3，MG250/600-AWD 型采煤機(jī)落煤和裝煤，走向長(zhǎng)壁后退式綜采一次采全高。

表1 工業(yè)分析結(jié)果 %

2 綜合降塵措施應(yīng)用及粉塵治理效果

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，綜采工作面主要產(chǎn)生粉塵的地點(diǎn)分別為采煤機(jī)割煤（占總產(chǎn)塵量的70%）、液壓支架移架產(chǎn)塵（占總產(chǎn)塵量的20%）。由于煤層較薄，高強(qiáng)度開(kāi)采條件下煤體破碎比較徹底，因此截割后煤體破碎嚴(yán)重。刮板運(yùn)輸機(jī)以及皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)處產(chǎn)生的粉塵相對(duì)較少，約占5%，大范圍煤體掉落造成底板處堆積粉塵二次揚(yáng)塵，約占總產(chǎn)塵量的5%。

2.1 綜合降塵措施設(shè)計(jì)

2.1.1 煤層注水

煤層注水效果主要受煤層自身性質(zhì)決定，其中埋藏深度、煤體原生孔裂隙發(fā)育程度、煤體物理化學(xué)性質(zhì)是主要影響因素，不同工作面影響因素相差較大。為得到登茂通2210 綜采面最合適的煤層注水參數(shù)，在工作面進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)：在進(jìn)風(fēng)巷中高1.5 m 處向煤層內(nèi)部打注水鉆孔，鉆孔方向沿煤層傾向方向與工作面相平行，孔直徑為89 mm，長(zhǎng)度為100 m，封孔深度為10 m，注水時(shí)間定為144 h，壓力18 MPa。注水工作結(jié)束后在注水鉆孔左右兩側(cè)3 m、6 m、9 m、9.8 m 處打觀察鉆孔，觀測(cè)不同位置處煤層的含水量變化值。注水鉆孔和測(cè)試鉆孔布置如圖1 所示。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，注水144 h 后，煤體含水量隨鉆孔深度增加而下降，與注水鉆孔距離相同的兩個(gè)觀察鉆孔含水量相近，隨著與注水鉆孔距離增加，觀察鉆孔中煤體的含水量分別為6.3%、2.8%、0.21%和0.05%。可以看出，在該參數(shù)下注水效果比較明顯。最終確定注水鉆孔方向與工作面相互平行，注水壓力為18 MPa，鉆孔間距為15 m，共布置有45 個(gè)鉆孔，如圖2 所示，每個(gè)鉆孔長(zhǎng)度為200 m，單一鉆孔注水量為300 m3，注水時(shí)間為6 d。

圖1 測(cè)試鉆孔布置示意圖

圖2 注水鉆孔布置示意圖（m）

2.1.2 采煤機(jī)高壓外噴霧降塵

采煤工作面粉塵量大，常發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象，因此采煤機(jī)內(nèi)外噴霧的噴嘴孔徑如果過(guò)較小容易則會(huì)經(jīng)常堵塞，影響噴嘴霧化效果，如果孔徑過(guò)大則可能出現(xiàn)霧化不理想、出水量過(guò)多等現(xiàn)象，影響煤炭質(zhì)量，所以選用孔徑為1.9 mm 的噴嘴，壓力為10 MPa。此時(shí)噴霧初速度約為100 m/s，霧滴平均直徑為26.4 μm。 外噴霧主要治理采煤機(jī)滾筒割煤過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，兩個(gè)滾筒均設(shè)置一組噴霧，每組噴霧布置有7 個(gè)孔徑為1.2 mm、噴射角度為60°的噴頭，在滾筒周?chē)纬梢恢車(chē)婌F幕，包裹截割破碎產(chǎn)塵區(qū)域，增加降塵效率。

2.1.3 支架移架架間噴霧

采煤機(jī)向前推進(jìn)割煤時(shí)，液壓支架隨之向前移動(dòng)支撐頂板，此時(shí)支架需要先下降，然后向前移動(dòng)，最后再向上支撐。下降及前移過(guò)程中相鄰兩支架中間存在較大縫隙，頂板處積聚的粉塵會(huì)從縫隙中下落污染巷道空氣，且向上支撐過(guò)程中支架鋼板擠壓頂板煤體，產(chǎn)生大量粉塵積聚在支架頂端，這些粉塵將在下次支架前移過(guò)程中掉落至人行道處。針對(duì)支架移架粉塵，采用架間噴霧降塵技術(shù)，包括支架頂梁處高壓噴霧和前探梁高壓噴霧。頂梁處高壓噴霧用以潤(rùn)濕頂板處煤體，減少移架過(guò)程中的粉塵產(chǎn)生；前探梁處的高壓噴霧用以治理移架過(guò)程中掉落的粉塵。噴霧噴嘴朝向工作面采煤區(qū)域，布置情況如圖3 所示。頂梁噴霧安裝2 個(gè)孔徑為1.2 mm 的噴嘴，射程為2 m，噴射方向與底板成45°夾角。前探梁處同樣安裝2 個(gè)孔徑為1.2 mm 的噴嘴，射程為4 m，噴射方向與底板成60°夾角，噴射的霧滴能夠在人行道與煤壁中間形成霧滴幕，潤(rùn)濕捕獲移架過(guò)程中掉落的粉塵。

圖3 支架架間噴霧示意圖

2.1.4 回風(fēng)巷高壓水霧幕

底板上的二次揚(yáng)塵粉塵產(chǎn)塵范圍大、隨機(jī)性強(qiáng)、瞬時(shí)沖擊性強(qiáng)，難以直接針對(duì)產(chǎn)塵源進(jìn)行治理，刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送產(chǎn)塵比較分散，因此在回風(fēng)巷安設(shè)水幕，對(duì)分散塵源有較好的治理效果。利用高壓水霧形成全斷面水幕阻隔粉塵向巷道遠(yuǎn)方移動(dòng)，第一道水幕距離工作面10 m，第二道水幕距離工作面40 m，水幕噴嘴開(kāi)啟關(guān)閉與采煤機(jī)相聯(lián)動(dòng)，噴嘴安裝在巷道頂部，每組水幕由6個(gè)擴(kuò)散角度為45°、孔徑為1.2 mm 的噴嘴構(gòu)成，噴霧壓力為10 MPa，噴射方向朝向上風(fēng)側(cè)方向10°，可以增加霧滴與粉塵顆粒之間的接觸時(shí)間。由于回風(fēng)巷有作業(yè)人員經(jīng)過(guò)，因此噴頭的開(kāi)啟與關(guān)閉同時(shí)由紅外傳感器控制，當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到有人員經(jīng)過(guò)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉噴頭供水，當(dāng)人員通過(guò)以后再開(kāi)啟供水。如圖4 所示。

圖4 回風(fēng)巷水幕示意圖

2.2 降塵效果

為了評(píng)價(jià)降塵措施的有效性，在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)5 m 處和回風(fēng)巷第一道水幕簾后方5 m 處分別設(shè)置一個(gè)粉塵濃度測(cè)試點(diǎn)（如表2 所示），采用直讀式粉塵濃度測(cè)定儀同時(shí)測(cè)定其總粉塵和呼吸性粉塵濃度結(jié)果，除塵率按照公式（1）計(jì)算。

表2 不同位置的粉塵濃度 mg/m3

μ=（c1-c2）/c1×100% （1）

式中：μ為除塵率，%；c1為沒(méi)有降塵措施時(shí)的粉塵濃度，mg/m3；c2為采用綜合降塵措施后的粉塵濃度，mg/m3。

由表2 中給出的實(shí)地測(cè)塵濃度結(jié)果可以看出，在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)5 m 處沒(méi)有采用任何降塵措施時(shí)全塵平均濃度為1448 mg/m3，呼吸性粉塵濃度為585 mg/m3，對(duì)一線作業(yè)員工有嚴(yán)重威脅。當(dāng)采用了綜合降塵措施之后，全塵濃度降低到了170 mg/m3，呼塵濃度降低至75 mg/m3，降塵率分別為88%和87%。隨風(fēng)流運(yùn)移過(guò)程中部分大顆粒粉塵沉降，進(jìn)入回風(fēng)巷后由于粉塵沉積作用造成濃度下降，在回風(fēng)巷水幕簾后側(cè)5 m 處的測(cè)點(diǎn)測(cè)定出全塵和呼塵平均濃度分別為509 mg/m3和248 mg/m3，應(yīng)用綜合降塵措施后，平均濃度分別降低至45 mg/m3和23 mg/m3，降塵率均達(dá)到了90%以上。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)綜采面實(shí)際開(kāi)采條件的分析，主要產(chǎn)塵源來(lái)自采煤機(jī)滾筒割煤、液壓支架前移落塵、煤壁片幫揚(yáng)塵。針對(duì)三種產(chǎn)塵源分別采用了滾筒高壓噴霧、架間高壓噴霧、回風(fēng)巷自動(dòng)高壓水幕綜合防塵技術(shù)。在2210 綜采工作面采用綜合降塵措施以后，在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)5 m 處的全塵和呼塵降塵率分別達(dá)到88%和87%，殘余濃度分別為170 mg/m3和75 mg/m3；在回風(fēng)巷水幕簾后5 m 處降塵率分別為91%和90%，殘余濃度分別為45 mg/m3和23 mg/m3。