浅谈特厚煤层综放工作面的综合防尘治理

2019-09-10李高峰

科学导报·学术 2019年15期

李高峰

摘要：该文以塔山矿8210工作面为例，分析了特厚煤层综放工作面产尘特点，介绍了采取的动压煤层注水、架间智能喷雾、风水联动水幕、个体防护等综合防尘措施后，产尘点降尘效率达到了85% 以上。另外，产尘点采用智能降尘设施后，还达到节支降耗的目的，间接提高了煤矿经济效益。

关键词：特厚煤层;综放工作面;粉尘;综合治理

1、引言

综采放顶煤是当前我国进行厚煤层开采施工的重要方式，与分层开采方式对比来看，其具备较高的技术性、经济性等优势。虽然该开采方式具备高效、低耗、强度低等优势，但是在实施的过程中却容易产生过量的粉尘，严重危及工作人员的生命健康与安全，同时也容易引发严重安全事故，所以需要提起足够的重视。

塔山矿综采工作面平均厚度为13.53m，为黑色，半亮型，玻璃光泽，较坚硬煤层，采用低位综采放顶煤方法开采，采煤高度3.5m，放煤高度14m，采放比为1：4。由于采用综采放顶煤的采煤方法且受煤质影响，工作面产尘量较大，虽然采取了通风排尘、喷雾降尘、个体防护等措施进行治理，但效果不是很明显。因此，需要进行对工作面各产尘点综合防治，才能达到粉尘的有效治理。

2、综放工作面的产尘特点及现状

特厚煤层综放开采施工中所产生的粉尘主要来自于如下几个方面：采煤机隔煤粉尘、放煤尘源、破碎尘源等，这些过程所产生的尘量都比较大，给正常开采施工产生加到的影响，其强度高且不集中，并且持续时间长等特点。

塔山矿8210综放工作面原有的除尘装置有：采煤机内外喷雾、支架间喷雾、转载点喷雾等，各个系统都是独立的，而且需要人工开启，有时候工人开启不及时，造成工作面粉尘浓度超标;有时候关闭不及时，恶化工作面作业环境，同时又会造成煤质下降，影响经济效益。

3、综放工作面综合防尘技术创新体系

3.1 动压煤层注水

工作面采用综采放顶煤的方法开采，若将普通综采面应用的煤层注水技术拿来应用，则达不到相应的效果，根据塔山矿开采煤层的煤质特点，有针对性对煤体的可注性、润湿半径等进行了深入研究。

1、注水方式及钻孔参数选择

（1）注水系统选择

供水采用单孔动压注水方式，即从静压水池到主平峒再到1070皮带巷分别到工作面顺槽巷的3BZ—SZ高压柱泵再接至单个注水钻孔。

（2）钻孔施工及钻孔参数

① 开孔位置：第一个钻孔距工作面100米的位置，距离巷道底部1.5米的位置上进行钻孔，其间隔距离设定为25米，与巷道保持90度夹角，倾角为6.2度，长度为138米，钻孔直径65mm。根据上述技术参数，将钻机合理的布置，按照钻进施工工艺进行钻孔施工，确保其不会出现过大偏差的问题。

② 钻孔长度：

工作面长为207米，根据公式（L= 2/3*L1/cosa）计算，钻孔深度为138米。

④ 钻孔间距和直径：

经过测算，钻孔间距一般为25米时，就能达到钻孔周围煤体润湿的要求。钻孔直径：65mm。

⑤ 封孔方法：采用封孔器封孔，封控长度为12米。

（3）注水方式：使用长钻孔动压注水施工方式，主要是在工作面向煤层中倾斜一定角度来进行注水施工。

2、注水要求

① 钻孔注水量，每个钻孔注水量按下式计算：

Q=1.3%×R×h×L× 吨，根据计算每个钻孔的注水量为336吨。

② 注水时间：注水时间要求超前开采100米。

3、采用动压注水方法的创新点：

（1）在鉆孔布置上，结合煤体润湿半径、8210工作面地质条件、煤质等因素，综合考虑钻孔的数量、规格及位置，做到布孔合理，效果明显，确保了工作面推进到位前煤体的润湿。

（2）在注水压力上，结合工作面地质条件、煤质特点及一定的试验结果，选择了符合工作面实际情况的煤体注水压力，保证的注水的效果。

（3）在封孔上，不用传统的水泥砂浆或聚氨酯封孔，而采用新式的封孔器进行封孔，保证了注水钻孔的严密性。

3.2 实现放煤、移架的智能喷雾系统

塔山矿8210工作面智能喷雾系统降尘系统采用国内先进技术，实现架间与移架的智能化喷雾，对工作面采煤机或移架作业时产生的大范围高浓度粉尘实现多道阻隔和高效除尘。

该系统功能：可以在移架、落架、放煤时实现自动喷雾降尘，且在支架的后部、中间、前段各设一道全覆盖范围的喷雾装置，还可由人工进行遥控开机，并在采煤机下风端形成数条随采煤机移动的水幕，来有效降低粉尘的浓度和阻挡粉尘扩散，由于喷洒点的位置及喷雾量可合理设置从而达到用最少水量实现最佳除尘效果的目的。大体实施如下：

1）、随采煤机联动定点喷雾降尘

采煤机施工中处于不断移动的状态，设备中红外装置可以准确的记录其方向与位置，然后将信号直接传输到控制器中。控制器按照该信号的反馈，可以准确的确定水幕的位置，然后能够控制电动阀，并且在下风端会直接形成数量较多的水幕，并且跟随采煤机运动，此时可以通过控制器或者红外遥控器来进行控制，进而可以有效的隔离采煤机的粉尘，实现定点喷雾降尘处理。

2）、通过在操作阀上安装发射器

当移架、落架或放顶时，拉动手柄让磁片与发射器接近使其能检测到磁场。在放顶煤的过程中，应该进行液压手柄的操控，此时手柄中的发射器工作，可以直接向控制器发射触发信号，控制器在接收到信号之后，此时下侧水幕就会开启，延时喷洒降尘处理，按照施工的具体状况可以在控制器中或者红外遥控器进行整体控制。

3）、通过控制器和接收器进行喷雾降尘

当移架、落架时，可以直接操控液压说并，然后可以通过发射器进行信号的发射，在信号接收完成之后，可以直接将下风端中的水幕开启，然后可以进行降尘处理（详见下图）。煤机下风端在工作中需要开启数条水幕，结合现场的实际情况利用控制器或者红外遥控器进行控制。

4）、井上、下实现通讯功能

控制器中预先设置485通讯接口，此时可以和系统内集中控制器可以完成整个系统通讯控制。所有的参数应该经过控制器进行设置，然后就能够将移架、落架、放煤、采煤的所有参数直接传输到井上，可以达到监控整个地面状况的效果。

采用该智能喷雾的创新要素：

1、系统使用的是集散控制方式，利用多台喷洒控制器与一台集中控制器来完成整个系统的控制。系统中利用集中控制器进行整体性控制，可以完成井下独立操作。集中控制器预设以太网端口，可以直接和网络连接，并且及时将各项数据直接传输到井上，完成地面监控。

2、可实现综采工作面移架和放顶煤时一架一喷，以及随采煤机割煤时联动，支架上的喷头适时移动扫描喷洒。采用电池供电安装使用更方便。

3、因为系统内的移架、落架、放煤信号都是使用无线通讯的方式来完成，确保安装、应用、维护更加的便捷，而传统的信号传输方式需要通过200余条电缆才能实现，系统足够复杂、维护工作量大，并且容易出现拉断的问题，容易造成系统无法正常的运行。

4、该系统内对于液压支架内的系统控制并没有进行任何变动，也不会给原系统操作造成任何影响，对于支架控制不会产生影响。

5、控制箱与球阀齿轮箱采用隔离设计的方式，从而可以避免水能进入到控制器的情况出现。

6、控制器中安装都大液晶屏幕，各个系统的参数都能够直接显示出来。

3.3 进、回风顺槽安装净化风流的风水联动喷雾降尘装置

针对8210工作面两巷粉尘大的难题，设计了风水联动喷雾装置，解决了喷雾出水不雾化的现象，工作面和巷道内能有效的降低空气中的粉尘，减少了用水量，治理了巷道内粉尘大的问题。在8210工作面头、尾超前支护范围距工作面50米范围内加装2道该水幕，另外，在进风巷和回风巷每300米加装一道该喷雾，使用效果较好。

1、风水联动喷雾组成及工作原理

风水联锁调解喷雾装置的结构风水联锁可以进行喷雾调整，其由供水管与阀门、供风管路与阀门、箱体、压力表等结构所组成，同时形成了供水、供风系统，然后利用风水调节阀门可以准确的控制其供应的情况，并且可以直接形成风水联锁控制系统。该装置的主要特点如下：风水能够将粉尘与喷雾直接的混合，然后在系统的高速碰撞之下就会形成泥粒，通过切向速度可以直接应用到分离系统中，该分离系统中，通过离心力的影响可以直接将混合物中的气、水、泥进行分离，按照粒径和密度分层处理，并且泥粒、水珠可以在短时间内完成雾化处理，从而达到空气净化效果。

2、该装置创新点：

（1）风和水有效配合，使出水雾化效果更好。

（2）将风和水管路及喷嘴整合到箱体内，减少管路损坏频率，喷嘴的堵塞频率明显降低。

（3）使用手摇绞盘，使吊挂到顶板上的风水联动装置实现自由升降，便于维修，便于更换。

（4）除尘效率高，性能稳定，体积最小化，结构重量最轻化，便于井下移动环境中使用。

应用风水联动调节喷雾装饰，可以有效的消除出水不出雾的问题，可以有效的增大水雾，可以分布在整个巷道结构中，能够有效的将整个空间中的粉尘湿润处理，使得内部空间的粉尘密度降低，满足降尘工作的需要，其工作效率可达20 ～40 %，去除粉尘效果非常好，消除安全问题。

3.4 其它噴雾降尘系统

（1）工作面采用艾克夫公司生产的SL500型电牵引采煤机割煤，喷雾泵应用的是BPW400/16型，其中包含了四泵两箱，可以满足喷雾的需要，使得内部压力达到2Mpa以上，外喷雾压力则在1.5Mpa以上。

（2）转载点、破碎机喷雾

开采的位置上采用两部运输机头与两部转载机分贝需要设置一个自动喷雾装置，在破碎前就要进行喷雾处理，然后将媒体湿润处理，消除粉尘的影响。

（3）洒水冲尘

在进、回风巷，各个工作区间内的防尘班组应该及时通过胶管进行洒水防尘处理，从而可以避免粉尘堆积的问题存在。