綜采工作面綜合通風除塵技術優化分析

李崗

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司 方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

0 引 言

綜采工作面回采期間產生高濃度粉塵，嚴重影響著施工人員身體健康，不僅降低了工作面能見度，而且高濃度懸浮粉塵在遇明火下很容易發生粉塵爆炸事故，威脅著煤礦安全生產。我國多數煤礦綜采工作面主要采用噴霧灑水方式進行降塵，但受工作面風速、回采工藝、粉塵濃度大小等影響[1]，噴霧灑水降塵效果相對較差，達不到預期降塵效果，且噴霧灑水后會造成工作面積水現象嚴重，不利于提升工作面標準化質量，本文以店坪煤礦206工作面為例，對工作面前期回采期間降塵現狀進行分析，并提出了綜合防塵措施。

1 概 述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦206 工作面位于井田二采區東翼，工作面東部為井田邊界，西部為采區大巷，北部為204工作面采空區，南部為保護煤柱。

206 工作面設計走向長度為1 626 m，切巷長度為245 m，工作面回采煤層為9 號煤層，煤層厚度為2.7～3.4 m，平均厚度為3.1 m，直接頂為中粒砂巖，頂板穩定性較好，裂隙發育程度低；直接底為砂質泥巖，硬度較軟，遇水膨脹軟化程度小，頂底板情況對回采影響程度小。

206 工作面采用綜合機械化回采工藝，截止目前工作面已回采450 m，由于9 號煤層穩定性差，局部成硅化現象，同時回采前期工作面防塵措施不到位，導致工作面回采期間割煤、運煤等工序中產生高濃度煤塵，降低了工作面能見度。根據山西省煤炭工業廳綜合測試中心對9 號煤層進行了自然發火傾向性、煤塵爆炸性鑒定，鑒定結果為9 號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，自燃傾向性性質為自燃,具有煤塵爆炸性，威脅著工作面安全高效回采。

2 回采前期工作面防塵措施及降塵現狀

2.1 回采前期降塵措施

206 工作面回采前期主要采用噴霧灑水的方式進行降塵，噴霧裝置分別安裝在采煤機截割部、刮板輸送機轉載點以及每隔50 個支架頂梁下方，噴霧灑水裝置采用人工開啟方式，每班作業前安排專人開啟。采煤機截割部噴霧裝置灑水量為1.2 m3/h，轉載點噴霧裝置灑水量為0.8 m3/h，支架頂梁下方噴霧裝置灑水量為1.0 m3/h。

2.2 降塵現狀

206 工作面回采前期由于受降塵技術水平限制，工作面回采過程中粉塵濃度相對較大，通過現場監測發現，工作面在割煤過程中落煤點粉塵濃度達344 mg/m3，轉載點粉塵濃度達307 m3，支架下方機道出粉塵濃度高達318 mg/m3，工作面能見度不足20 m，而且采用傳統的噴霧灑水后，工作面、機道以及轉載點出現嚴重污水聚集現象。

2.3 問題分析

（1） 靜壓水浪費嚴重。采用傳統的噴霧灑水裝置進行降塵時，平均每小時灑水量達3.0 m3/h，而每道噴霧灑水裝置水壓達0.4 MPa，導致工作面回采過程中靜壓水損失嚴重，導致水壓不足現象，影響著工作面部分設備正常運行[2]。

（2） 降塵效果差。傳統噴霧灑水裝置為從根本上達到降塵目的，噴霧后水霧顆粒與粉塵顆粒吸附強度低，同時206 工作面風流平均速度為1.8 m/s，風速快對水霧顆粒降塵效果影響大。

（3） 設備損壞嚴重。綜采工作面內機電設備數量多，而且多數設備配件不具有放水、防潮的性能，如電機、高壓電纜、監控設備等，采用傳統噴霧灑水裝置降塵時，很容易導致部分設備淋水、受潮，造成設備損壞現象[3]。

3 工作面通風除塵技術優化

為了進一步提高工作面通風除塵技術水平，保證工作面安全高效回采，決定對206 工作面通風除塵技術進行優化改進。

（1） 控制風速。根據《關于2019 年度礦井瓦斯等級鑒定（測定） 結果的批復》，店坪煤礦瓦斯絕對涌出量3.66 m3/min，相對涌出量為0.72 m3/t，屬低瓦斯礦井，而工作面每班作業人數平均為25 人，因此根據工作面氣候條件以及防塵需要，合理控制工作面風速在1.2～1.5 m/s。

（2） 煤層注水。通過檢測分析206 工作面回采的9 號煤層原有水分為2.89%，含水量低，原煤層中水分無法達到潤塵、降塵的效果，所以決定對9 號煤層進行注水施工，注水孔布置在頭尾順槽兩側工作面煤壁上[4]，鉆孔深度為80 m，間距為30 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔施工后進行高壓注水，注水壓力為2.5 MPa。

（3） 泡沫除塵裝置應用。206 工作面回采過程中落煤點產生的粉塵濃度最大，采用傳統采煤機外噴霧降塵效果相對較差，因此決定對采煤機截割部各安裝一套泡沫噴霧裝置（圖1）。該裝置通過采煤機電控箱供電，當采煤機割煤時裝置通電后形成高濃度泡沫，與傳統水霧顆粒相比，泡沫顆粒吸塵能力強，降塵效果好[5]。

圖1 采煤機截割部泡沫抑塵裝置結構示意Fig. 1 Structure of foam dust suppression device in shearer cutting section

（4） 支架安裝負壓誘導除塵系統。為了實現機道處負壓除塵效果，在支架頂梁下方每隔100 m安裝1 部負壓誘導除塵系統，該系統在工作時通過水氣混合式噴霧形成高速汽霧射流，從而產生1 個負壓區水霧團，在負壓作用下周圍懸浮的粉塵顆粒吸到負壓區內，從而進行潤濕、吸附作用，該裝置與采煤機電機聯鎖控制作用[6]。

（5） 捕塵網降塵。在工作面支架下方機道處安裝5 道卷簾式噴霧捕塵裝置，該捕塵網采用紅外線控制，該裝置主要由捕塵網、控制器、紅外線發生器、聯鎖開關、噴霧裝置等部分組成（圖2）。當采煤機割煤后該系統通過連鎖控制作用及時開啟，水霧在捕塵網的作用下形成水幕，實現全斷面捕塵的目的。當采煤機移動至距裝置10 m 處時通過紅外線接收信號以及控制器控制作用，系統停止工作并收起捕塵網[7]。

圖2 卷簾式噴霧捕塵裝置安裝示意Fig. 2 Installation of curtain type spray dust collector

（6） 抑塵劑防塵。由于206 工作面內靜壓水壓力達3.0 MPa，氧化性高，對工作面細小粉塵吸附性能差，所以決定對采煤機內噴霧用水中添加CTC 固體抑塵劑，抑塵劑主要包括抗靜電劑、濕潤劑、發泡劑、增重劑、金屬防腐劑等，添加濃度為0.1%～0.15%，通過對靜壓水添加抑塵劑后可以降低粉塵與水霧顆粒之間的靜電斥力，從而保證粉塵顆粒與水霧顆粒能夠充分結合[8]，達到降塵目的。

4 實際應用效果

206 工作面回采至300 m 處對工作面通風除塵措施進行優化改進，截止2020 年7 月工作面已回采結束，降塵措施優化改進后，通過7 個月實際應用，該工作面在降塵前平均粉塵濃度達335 mg/m3，通過控制風速后工作面平均粉塵濃度下降至258 mg/m3，煤層注水后工作面平均粉塵濃度下降至197 mg/m3，安裝泡沫除塵裝置后工作面平均粉塵濃度下降至150 mg/m3，安裝負壓誘導除塵系統工作面平均粉塵濃度下降至120 mg/m3，捕塵網降塵后工作面平均粉塵濃度下降至96 mg/m3，抑塵劑防塵后工作面平均粉塵濃度下降至64 mg/m3，如圖3 所示。

圖3 綜采工作面通風除塵技術優化后降塵效果曲線Fig. 3 Dust removal effect curve after optimized ventilation dust removal technology in fully mechanized mining face

5 結 語

店坪煤礦通風區針對206 工作面前期回采過程中粉塵濃度高、能見度低、傳統噴霧灑水降塵效果差等技術難題，根據206 工作面生產實際情況對工作面防塵措施進行優化，通過實際應用，優化后工作面粉塵濃度控制在65 mg/m3以下，工作面能見度提高至40 m，改善了綜采工作面作業環境，提高了勞動效力，加快了工作面回采速度，為作業人員身體健康提供了有力保障，取得了顯著應用成效。