中煤科工集团重庆研究院有限公司 曹利波

1.前言

1.1 公司概况

赵庄井田位于沁水煤田东南部，地处山西省晋城市北53km，高平市北12km，长子县南16km，行政区划隶属于高平市、长治县、长子县、及沁水县管辖。地理坐标为：东经112o48'10"～112o58'00"，北纬35o54'10"～36o03'00"。赵庄煤矿隶属于山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司，矿井位于沁水煤田东南部，地处山西省晋城市北53km，行政区划隶属于高平市、长治县、长子县、及沁水县管辖。赵庄煤矿原设计生产能力6.00Mt/a，主要系统能力按10.00Mt/a预留，矿井于2007年5月18日通过国家验收竣工投产。井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组(C3t)和二叠系下统山西组(P1s)，下石盒子组和本溪组中偶尔有煤线发育。山西组和太原组共含煤14层，自上而下山西组含1、2、3号共3层煤层；太原组含5、6、7、8-1、8-2、9、11、12、13、14、15、16号共12层煤。山西组和太原组二者累计总厚度为118.19～206.86m，一般153.57m。含煤15层，煤层总厚3.38～18.21m，平均12.80m，含煤系数8.33%。

1.2 1306综采工作面现状

1306综采工作面一直以来采用采煤机内喷雾和支架喷雾相结合的办法来降低工作面的粉尘浓度，总体效果不太理想，工作面粉尘浓度仍然比较大，直接制约了正常生产。而在此期间，综采工作面自动洒水降尘系统，解决粉尘治理问题。适应了矿井安全生产发展的需要。工作面对应地表有南侧为陈家庄，在保护煤柱线内，回采对其没有影响。

该工作面位于矿井一盘区，东侧为1103巷，已掘；北侧为1307工作面，正在掘进；南侧为1305工作面，没有掘进。1306综采工作面回采范围是13065和13063巷之间的3#煤层。1306综采工作面设计走向长约1962米，倾斜宽约219.5米，则工作面回采面积约43万平方米。1306工作面各顺槽设计为矩形巷道断面；平均断面积22.5m2。巷道支护方式以锚网支护为主。采用综采设备一次采全高，走向长壁后退式采煤，顶板全部跨落法管理顶板的采煤方式。开采程序为一次采全高；所采煤层为15＃煤；工作面采高2.3±0.1米，平均2.3米，当煤层厚度大于2.3米时，采高可随煤厚进行调整,不超过2.9米；当煤层厚度小于2.3米时，可以割底补足2.3米；如工作面遇断层等地质构造时，可适当将构造区前后各10个架采高随构造区采高进行调整，以便机组顺利通过；机头、机尾10米范围内随巷道顶、底板平缓过渡；循环进度0.6米；作业方式为昼夜多循环作业方式；日计划循环数9个；总工业储量528968.73吨(A1：271797.37吨，A2：86746.62吨，A3：170424.74吨)，总可采储量502520.29吨(A1：258207.50吨，A2：82409.29吨，A31：61903.50吨)。

1.3 1306综采工作面综合防尘措施

(1)机组内外喷雾完好，水压必须达到规定要求，并保持恒压，坚持无水不割煤；机组必须安装降尘系统，割煤时，必须开启降尘系统有效降低粉尘浓度；

(2)各转载点必须做到“开机开水、停机停水”；

(3)工作面所有接尘人员必须加强个人保护，按规定佩带防尘口罩；

(4)工作面要定期冲洗巷道，顺槽必须坚持一星期冲洗两次，且距工作面煤壁100m范围内，天天冲洗，超前支护段班班不定时冲洗，保证粉尘浓度不超标；工作面每走一循环必须派专人冲洗，从而把粉尘浓度降到标准以下；

(5)两巷必须设置水幕，水幕距工作面煤壁不大于30m；净化水幕在割煤时必须正常开启，停机时关闭；

(6)供水压力，水量符合规定要求；

(7)割煤过程中，支架要使用自动架间喷雾和放煤喷雾，保证喷雾装置完好；

(8)严格按工作面要求的配风量供风；

(9)通风队要严格执行煤层注水措施。

2.综采工作面粉尘综合治理

2.1 粉尘治理的原理

当采煤机割煤经过支架时，采煤机上的红外线发射传感器，发射的红外线被支架上的红外线接收传感器收到后，红外线接收传感器输出一个高电平信号传输给主机，主机对输入信号进行处理后，通过CAN网向其它主机发出指令，其它主机按照预先的设置控制采煤机滚筒上方的1-10个支架喷雾自动打开(根据现场需要可任意设置喷雾支架的数量)，并根据采煤机的行走速度依次关闭和打开相应的支架喷雾，在支架移架时，压力传感器受到乳化液的压力后输出一个高电平信号传输给主机，主机对信号处理后，控制本支架及相邻支架(根据现场需要任意设置相邻支架数量0-5架)电动阀打开进行喷雾，延时一段时间后自动关闭(延时时间根据现场需要任意设置)。

图1 粉尘治理原理示意图

2.2 粉尘治理装备

综采工作面自动洒水降尘系统电路控制部分由主机、传感器、遥控器、电动球阀等组成；喷雾水路部分由胶管、水质过滤器、高效喷头等部分组成。

3.粉尘浓度的测定

3.1 粉尘测定原理

电动薄膜抽气泵在采样头进气口产生一定的负压,抽取一定体积的含尘空气,采样流量定为20L/min。当采用冲击式采样头时，粗颗粒尘因质量较大而直接被第一级冲击板(涂有硅油)所捕集，而细颗粒尘随气流移动被第二级滤膜所捕集。冲击式采样头的呼吸性粉尘采样效能符合BMRC曲线，滤膜增量为呼吸性粉尘质量，滤膜增量与冲击板增量之和即为全尘质量。当采用旋风分离器时，因离心作用粗颗粒与器壁碰撞而落入集尘斗，细颗粒随气流移动被滤膜所捕集。旋风分离器的呼吸性粉尘采样效能符合BMRC曲线，滤膜增量为呼吸性粉尘质量，滤膜增量与集尘斗增量之和即为全尘质量。

3.2 器材

(1)AFQ-20型矿用粉尘采样器；

(2)使用CJ-20A型冲击式预捕集器或者XF-20A型旋风式预捕集器；

(3)使用25mm无色玻璃片作为冲击板或者使用防锈合金制成的内腔为14mm×23mm的罐子作为集尘斗；

(4)40mm过卤乙烯纤维滤膜；

(5)若使用CJ-20A型冲击式预捕集器，请配用7501型真空硅脂作为硅油；

(6)感量为万分之一克的TG-328型电光分析天平；

(7)采用HG-202型电点热恒温干燥箱或普通简易干燥器，但采用普通干燥器时，应置放变色硅胶；

(8)不锈钢钟表镊子。

3.3 测定程序

(1)用镊子取出干净的滤膜，去除两面的衬纸，放在天平上称重并记录，然后将滤膜压入滤膜夹，使滤膜纸毛面朝向进气口，安装在预捕集器内部并套上防护盖备用。

(2)按照实测方案所确定的测点，将粉尘采样器安装在三脚支架上或手托肩抗，其高度应符合现场呼吸带高度，一般在1.5m左右。然后将预捕集器安装在采样连接座上，务必使预捕集器进气口迎向含尘气流。

(3)若选用冲击式预捕集器，玻璃冲击板先用中性洗涤液浸泡，除去表面污物，经清水漂洗后，再用95%或无水酒精脱脂棉球擦净。另外用清洁的镊子沾取少量硅油，滴在冲击板中心位置，再用镊子的侧边将硅油刮薄展开，使硅油涂抹成φ15mm的圆形。由于硅油的粘度很高，数小时后会出现均匀扩散的现象，所以冲击板涂抹硅油的工作，应在采样前提前进行，并注意使其不受污染。将已涂好硅油的冲击板用镊子夹取放在天平上称重并做好记录，然后小心地安放在“分粒装置”前部的凸台上，用金属长环压紧，再旋上预捕集器的进气口。

(4)若选用旋风式预捕集器，用镊子夹持无水酒精棉球将集尘罐内外擦净，凉开后在天平上称重记录，然后将集尘罐安装在预捕集器底部的套罐内。

(5)采样时间根据现场粉尘种类、浓度及作业情况来预置，一般采样时间以20～25分钟为宜，粉尘浓度较高的现场一般预置为3～5分钟。

表1 第一次使用综采工作面自动洒水降尘装置前后全尘浓度测定对比

表2 第二次使用综采工作面自动洒水降尘装置前后全尘浓度测定对比

表3 第三次使用综采工作面自动洒水降尘装置前后全尘浓度测定对比

(6)若选用冲击式预捕集器，采样时应估计冲击板及滤膜上粉尘的增量，都不应少于0.5mg及多于10mg；若选用旋风式预捕集器，采样后的集尘罐和滤膜上的粉尘增量分别为0.5～1000mg和0.5～10mg，如果超过，采样测定误差较大，应判定为无效样品。

(7)采样流量应在开始采样时迅速校正到20L/min；

(8)采样结束后，应将样品放在相应的样品盒内，一般情况下不需要干燥处理。如果采样时现场的相对湿度在90%以上，或者水雾存在时应进行干燥处理后再称重记录。

3.4 粉尘浓度计算

(1)选用冲击式预捕集器

呼吸性粉尘浓度：

f1、f2-采样前、后滤膜的重量，mg；

G1、G2-采样前、后冲击板的重量，mg；

Q-采样器流量，定为20L/min；

t-采样时间，根据现场粉尘浓度而定，min。

(2)选用旋风式预捕集器

计算公式同上,其中G1和G2为采样前、后集尘罐的重量。

3.5 注意事项

(1)滤膜冲击板及滤膜夹要洗净擦干。预捕集器必须使用净水脱脂棉球或纱布，切不可使用有机溶剂擦洗；

(2)集尘罐和滤膜夹要擦净凉干，滤膜夹在安装滤膜时，要将滤膜压紧，以免在采样过程中滤膜脱出；

(3)采样流量必须调节在20L/min，否则会影响预捕集器对粉尘的捕集效率，造成测定误差；

(4)现场采样要注意保护好样品，使其不受污染和掸落。

3.6 粉尘测定(如表1-3所示)

4.结论

通过此研究并在赵庄矿1306综采工作面的工业性试验考察结果和粉尘浓度的实测对比，可以得出如下结论：

从以上降尘效果的数据可以看出，综采工作降尘效果明显，达到了试验目标，已经达到项目预期目的。

综采工作面自动洒水降尘系统的研究项目除尘技术对生产作业无任何不利影响。装置的结构简单，尺寸及重量小，坚固耐用，加工制造容易，运输、拆装、操作、维修方便，无需专职操作。

通过工业性试验证明了综采工作面自动洒水降尘装置的研究项目技术降尘效果好，达到了项目预期的目的，获得了较好的经济、社会效益。