综采工作面技术管理综采工作面防尘技术的研究与治理措施

1、综采工作面技术管理综釆工作面防尘技术的研究与治理措施综采工作面防尘技术的研究与治理措施淮北矿业集团公司朔里煤矿吴臣黄敏【摘要】本文以朔里矿n328综采工作面为例，浅析矿井 防尘存在的问题、产生粉尘的主要因素、采取的综合防尘措 施及取得的综合防尘效果。【关键词】矿井防尘；产尘因素；治理措施与效果；综采 工作面1矿井防尘工作存在的问题随着煤矿采掘机械化程度的提高和生产强度的加大，矿尘 的生成量也急剧上升，尤其是煤矿综采工作面，在割煤、移 架的过程中，产尘的粉尘浓度比较高，不仅降低了工作场所的能见度，而且也影响安全生产。工作人员长期吸入矿尘之 后，轻者会患有呼吸道炎症，重者会患有尘肺病，严重危害 人

2、们的身体健康。当煤尘浓度条件具备一定程度的情况下, 就会引起燃烧或煤尘爆炸，酿成严重矿井灾害事故。因此， 我们必须认真做好综采工作面防治工作，这也是矿井生产管 理中画待解决问题。针对综采工作面的煤尘治理，在我们实际工作中采用了煤 层注水、煤机内外喷雾.洒水降尘、工作面系统安设喷雾系 统等措施后，在综采工作面（以n328工作面为例）产尘源 煤机割煤.落煤点的全尘浓度345.8mg/m3,呼吸性全尘浓 度111.9nig/ni3；司机点全尘浓度320.5mg/m3,呼吸性粉尘 浓度90.1mg/m3o工作面生产期间，风巷粉尘浓度达到 180.8mg/m3o粉尘浓度较高，割煤机喷雾不能覆盖煤机割煤

3、时产生的尘源，加上现有的综合防尘措施效果不好，导致粉 尘浓度较高。2综采工作面尘源的产生的原因综采工作面是煤矿井下作业人员和电器机械设备高度集中 的工作场所，也是连续产尘强度较大的作业场所。综采的各 项工序中都会产生大量煤尘和岩尘，特别是在采煤机割煤和 装载、周期性移架、运输机的载运和转载以及工作面片帮等 都会产生的大量粉尘。其中，采煤机割煤是最主要的尘源。1）工作面通风状况当工作面运输系统采用逆向风流，即工作面煤流方向与工 作面风流方向相反，工作面的进风流受到污染；进风流空气 质量与工作面进风流中风速有关，风速大，风流受污染程度 高，反之则低。2）综采工作面采煤机作业产尘及煤尘浓度分布当采煤

4、机滚筒切割媒体以及由螺旋叶片或涡形管进一步破 碎时，都会生成大量煤尘。其产尘来源于：截割煤时，截 齿刀尖前的煤被压实而成压固核，当接触应力增加到极限值 时，压固核被压碎产生煤尘。大块煤采落后，紧跟在后面 的截齿切割厚度减少，增加了产尘量。背割下和被滚筒抛 出的煤，在弹性恢复时沿裂缝继续分离成更小煤块，同时产 生煤尘。截齿磨钝后，各刃面变成了弧面，与煤碾压和摩 擦产生粉尘。截齿对煤体的冲击、割下来的煤相互碰撞及 滚筒螺旋叶片装煤时的二次破碎产生煤尘。采煤机在工作面时移动的，这就决定了工作面煤尘浓度分 布的不均匀性，工作面任一位置的煤尘浓度都将随采煤机的 位置变化而在时间和空间上不断变化o采煤机产

5、尘强度及其在工作面的分布规律，与采煤机本身 的机械参数和工作状况有关，如采煤机滚筒截齿结构和数 目、滚筒转速.采煤机牵引速度、截深.机体上安置的喷雾 装置的降尘效率以及采煤机是采用顺风或逆风还是单向或 双向割煤的作业方式等。根据实测数据，当煤机进行顺风切割时，煤尘浓度由前滚 筒开始沿顺风方向急剧增高；当采煤机逆风切割时，沿顺风 方向，煤尘浓度不断减小，在离开滚筒两个支架的位置，煤 尘浓度达到最低值；之后，沿顺风方向煤尘浓度又逐渐增加。因此，不论采用哪种切割方式，后滚筒四周的煤尘浓度都最 低，其值约为前滚筒位置煤尘浓度的50%-60%,这主要是 由于采煤机喷雾系统发生效力的缘故o在采煤机回风侧的

6、煤尘浓度最低点之后，煤尘浓度又逐渐 增高，直至在某点达到最高值，该点称为煤尘浓度最高点, 其值约为前滚筒位置的23倍，超过该点，煤尘浓度随与采 煤机的距离增加而减少。煤尘浓度最高点与采煤机的距离，取决于含尘风流的煤尘 浓度.风速以及浮游煤尘的粒径和重率。浮游煤尘的浓度越 高、风速越小，则煤尘浓度最高点与采煤机间的距离愈小。3）移架产尘及工作面粉尘浓度分布液压支架的支护作业时工作面尘源之一。由移架所产生的 呼吸性粉尘占采煤机司机位置的31%。移架产尘量的大小受 多种因素影响，但最主要的直接顶板条件。移架产尘量的多 少与顶板强度成反比.与工作面所在区段的上覆顶板岩层厚 度成正比。在移架的过程中，每

7、一操作步骤所产生的粉尘量不尽相同。在破碎顶板和稳定顶板条件下，实测浮游粉尘浓度的结果 是：当支架前移、生架与降架时，前者是后者的2倍和8倍 左右。因此，对具有不稳定的或破碎顶板的工作面，采取有 效的抑尘措施更为重要。综上所述，造成综采工作面高的粉尘浓度的主要原因是工 作面的通风状况.采煤机割煤、工作面移架。3综合防尘措施般的防尘措施1）煤层注水防尘煤层注水是回采工作面最重要的防尘措施，它是在回采前 预先打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗透煤体内部, 增加煤的水分和尘粒间的粘着力，并降低煤的强度和脆性。 增加塑性，减少采煤时煤尘生成量；同时将煤体中原生细尘 粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力

8、。煤层湿润过程实质上是水在煤层裂隙和空隙的运动过程， 是一个复杂的水动力学和物理化学过程的综合。另外，煤层 注水破坏了煤体内原有的煤瓦斯体系的平衡，形成了煤瓦 斯水三相体系，这个体系内各个介质间发生着相互作用。矿 井常用的煤层注水措施有:浅孔动压注水。是利用水泵将水压入钻孔的注水方式, 是在回采工作面垂直煤壁或于煤壁斜交打钻孔注水，孔长一 般为25m。注水时采用封孔器封孔注水。这种注水要求水 压低，工艺设备简单；但钻孔数量多，打钻.注水时间在准 备班进行，与工作面回采发生矛盾。深孔静压注水。是利用管网将地面水导入钻孔的注水方式，是从工作面的回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打下向孔注水，孔长约

9、占工作面斜长的2/3o注水时采用水泥 封孔注水；这种注水方式，湿润煤体区域小，工作面下半部 分煤体得不到湿润。2) 采煤机的截割机构选择合理的结构参数及工作参数 综采工作面尘源主要来源自采煤机作业。因此，首先研制产尘少采煤机或改进目前采煤机结构设计，进而改善岩体破 碎程度，增加产尘粒径，从而降低全尘和呼吸性粉尘的生成 量；其次，要合理选择截割机构的结构参数和工作参数。结构参数。主要表现在截齿及其安装上，在截割过程中, 截齿类型、尺寸.数量、锐度及安装方向等都与产尘量有密切关系。从减少 产尘量考虑，截齿的几何形状应采用窄截齿，其宽度应减少 到只满足强度要求的必要值。最佳截齿宽度可按(1)公式计算

10、。b=kmhj (1)式中:b截齿的最佳宽度,mm；km受煤的性质影响的系数，km=0.2-0.3；hj割厚度，mm。一般取b=12一20mm,大型截齿取b=25mm。滚筒上的截齿数量要适当，必须给每个截齿留出有效地工 作空间，以免造成部分截齿因截深太浅而产生大量粉尘。滚筒叶板的螺旋角越大，越容易扬起粉尘；螺距越小，煤块在滚筒中越容易被挤碎，产尘量越多；滚筒的直径必须于 工作面采高相适应，避免截割顶底板岩石。或同时增加截割深度，可选出单位产尘量最低的最佳匹配 值；加大截割深度，同时降低截齿速度，可以取得单位产尘 量最低的效果；采煤机割煤时，滚筒的旋转方向以滚筒由顶 板向底板方向旋转割煤，此时煤

11、块甩出的抛射角较小，甩出 的煤块靠近底板，自由下落的高度小，扬起的粉尘较少。3）采煤机喷雾降尘喷雾方式分为内喷雾和外喷雾方式两种。内喷雾即水由安 装在截割滚筒上的喷嘴直接向截齿的切割点喷射，进行“湿 式截割3其作用主要是在截齿下的产尘区形成水膜，覆盖 尘源，实施湿式截割，抑制煤尘产生。供水管路中含有杂质, 经常出现堵塞喷雾嘴，内喷雾发挥不了效果。需要在供水管 路中安装净化装置，确保供水水质。外喷雾主要是在截割和落煤区形成水幕，覆盖产尘区，粘 结采落的煤中所含的煤尘和把已悬浮起来的煤尘降下来。4）采用合理的通风技术及最佳排尘风速选择最佳通风参数，保证通风排尘效果回采工作面浮游粉尘的形成和扩散，受

12、工作面风速和运动 形式主宰，决定通风除尘效果的主要因素时风速。当采煤机 组及与其配套的液压支架以及工作面通风系统确定后，工作面的断面和相应风速即确定下来，此时如果风速过低，微细矿尘不易排除；过高则落尘被吹起，将增大空气中的矿尘浓度。因此，工作面从防尘角度出发，有一最佳排尘风速，其值的 大小随开采煤体的水分、采煤机的能力和采取的其它防尘措 施的不同而不同。改变工作面通风系统或风流方向现行的长壁工作面通风系统最普遍通风方式为u型通风, 工作面风流方向与运煤方向相反，因而风流和运煤的相对风 速较高。当煤由工作面输送机运出经转载点卸载时，煤尘将 被重新扬起，致使工作面粉尘量增加，这种情况，可以考虑 改

13、变工作面风流方向。5）工作面系统喷雾降尘由于工作面进风流转载点易产生煤尘，在转载手动喷雾, 待运输机运转，打开喷雾，进行降尘，缺点时运输机启动, 喷雾处于常开状态，造成转载点有积水现象。综釆液压支架移动时，产生大量粉尘，需要在支架间安设 喷雾系统，支架移架.降架、升架时实现自动喷雾.形成水 幕，捕集移架时产生的浮游粉尘；安装架间喷雾时要确保喷 雾系统各部不被砸坏，并能实现移架时自动开关供水的自动 阀。3.2n534综采工作面实施的防尘措施为解决综采工作面综合防尘存在问题，在矿井开采n534 综采工作面时，采取了以下综合防尘措施。1）煤层注水采用浅孔动压注水和深孔动压注水相结合的方式，工作面 浅

14、孔动压注水采用双排眼错列分布，垂直煤壁大钻孔注水， 注水眼距为5m,排距0.8m；注水孔深为工作面两个圆班的 推进量，一般为4-6m；工作面深孔静压注水釆用从工作面 的运输巷和回风巷沿煤层倾斜方向平行于工作面打注水孔, 运输巷和回风巷注水孔交错布置，孔长均占工作面斜长的1/2, 一般为4060m,钻孔直径为40-50mm,开孔位置距顶 板四分之一煤层厚度，钻孔间距为20m；扩大湿润区域，经 实测湿润半径为r=7-10m,消除工作面注水盲点，煤体湿润 均匀，注水与回采互不干扰。2）综采工作面设备选型n534工作面设备选型时考虑到工作面防尘,液压支架采用zy6800-19/40型，采煤机选用mg5

15、00/1140-wd型，滚筒直 径2.0m,截深0.8m,工作面采高为4.5m,避免煤机截齿采 用镐齿形.切向安装，具有气力强度大，齿数少，负荷平稳, 具有产尘量少优点。3）采煤机喷雾系统采煤喷雾系统采用内、外喷雾相结合的措施，内喷雾水雾粒径在200um以下，水雾的扩散角小，喷嘴距尘源距离为0.5m,喷嘴距截齿100150mm。外喷雾采用gcmjpw-1风水喷雾，水由安装在截割部的 固定箱上的风水喷雾器喷出，形成水雾覆盖尘源，从而时粉 尘湿润沉降。由于悬浮的煤尘含有极细的尘粒，加之在表面 上覆盖了一层瓦斯或空气膜，很难使其受湿润而沉降下来, 因此，采用风水喷雾，喷出的水雾粒径小，粒径的运动速度

16、 高，水雾的覆盖面积大，水雾密度大等优点。为确保喷雾系统更好的发挥降尘效果，在其风、水进路管 中安设过滤器，确保喷雾流量及射程。安装风水喷雾器有效 射程2-3mo4）采用合理的通风技术及最佳排尘风速研究发现，煤层注水后煤体水分增加1%时，最优排尘风 速要增加0.1-0.5m/s； n534工作面通过通风系统调整，排尘风速为 2.0-3.0m/so5）工作面系统喷雾降尘在n534工作面转载点安设自动和手动喷雾两套装置进行降尘，自动喷雾原理是当输送机上无煤或少煤时，摆杆处于 垂直或稍偏离垂直位置，此时开关处于闭合状态，不喷雾;运输机上有煤时，在转载处抛出撞击摆杆时开关处于断开状 态,与供水管路连通

17、，开始喷雾，并在运输机巷每个50m和 工作面进风流和回风流中安设净化喷雾进行降尘，更好净化 工作面系统风流中煤尘。6）供水管路净化装置综采工作面综合防尘措施，需要可靠的供水系统，并保证 防尘供水水质要求，防止喷雾系统出现堵塞现象，在工作面 供水管路中安设过滤器净化供水系统，在日常管理中，要对 过滤器每星期进行清洗更换过滤网。7）工作面回风流安设捕尘装置工作面回风流安设移动式捕尘纱门，净化工作面回风系统 的空气质量。安装纱门需要考虑工作面过车下料及行人的通 过，可随工作面推进而移动，一般距工作面风巷超前支护约15-30ni处设置，防尘效果较好。4效果分析通过改变工作面浅孔动压注水参数.工作面运输

18、巷.风巷 双向深孔注水.供水管路安设过滤装置.外喷雾采用风水喷 雾器.转载点安设自动喷雾装置、增设工作面系统净化喷雾、 工作面风巷装置捕尘纱门等综合防尘措施，再对n534工作 面在采取综合措施前.后正常生产的情况下的粉尘浓度进行 了测定。测定工序为煤机落煤.司机点、移架、运输，针对 各工序，重点对煤机落煤、司机点进行测定，测定次数分别 为8次，测定周期为15天。结果见表1所列。表1n534工作面采用综合防尘措施前后降尘煤尘浓度比较单位；mg/m使用风水净化喷雾前序号煤机落煤全尘5678平均 335386378395302355326314345.8 呼吸性尘 1181429611199108114107111.9全尘301318345346247306299302320.5 司 机点呼 吸性尘 8