高瓦斯大風(fēng)量綜采面粉塵防治難點(diǎn)及對策探討

摘 要：本文分析高瓦斯大風(fēng)量綜采面粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用及工程實(shí)踐，針對性的探討了高瓦斯大風(fēng)量綜采面粉塵防治的對策。按照防塵對策選擇防塵技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用降塵效率可達(dá)90%以上，效果明顯。

關(guān)鍵詞：高瓦斯綜采面；產(chǎn)塵特點(diǎn)；防治對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.041

1 前言

綜采面是煤炭開采過程中產(chǎn)塵量最大的作業(yè)地點(diǎn)，占礦井總產(chǎn)塵量的60%，粉塵濃度一般在3000mg/m3左右，但是在高瓦斯、大風(fēng)量綜采（綜放）工作面，其粉塵濃度達(dá)8000mg/m3以上，如陽泉新景礦，在采取低壓內(nèi)外噴霧后，7203綜采面煤機(jī)下風(fēng)10m處的粉塵濃度高達(dá)9105 mg/m3，陽煤一礦8201工作面粉塵濃度高達(dá)9418mg/m3，粉塵污染十分嚴(yán)重，職業(yè)危害形勢嚴(yán)峻。通過調(diào)研，國內(nèi)綜采面主要采用高壓噴霧對采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵進(jìn)行治理，采用低壓噴霧對轉(zhuǎn)載點(diǎn)、破碎機(jī)、巷道粉塵污染進(jìn)行治理，防降塵技術(shù)手段單一，效果有限。同時，礦井一般通過增加風(fēng)量的方式來保證有效排除瓦斯，直接導(dǎo)致工作面風(fēng)速升高。通過現(xiàn)場實(shí)測，高瓦斯工作面風(fēng)速一般在3～4m/s。風(fēng)速的升高，加劇粉塵的飛揚(yáng)及擴(kuò)散；同時高風(fēng)速對噴霧的擾動影響很大，噴霧參數(shù)發(fā)生變化，主要是有效射程及覆蓋范圍急劇減小，達(dá)不到有效降塵的目的，降塵效率一般在60%左右。

筆者從現(xiàn)場出發(fā)，分析了高瓦斯大風(fēng)量綜采面粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)，并根據(jù)技術(shù)難點(diǎn)針對性的提出粉塵防治對策，并通過現(xiàn)場的實(shí)踐，取得不錯的防塵效果。

2 高瓦斯大風(fēng)量綜采面粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）瓦斯抽放后，煤層水分含量低，干燥易碎，開采時產(chǎn)塵量大，同時對煤層注水造成極大影響。按照規(guī)定要求，高瓦斯工作面在開采前必須進(jìn)行瓦斯抽放，抽放時間一般在6個月到1年左右，某些高瓦斯突出工作面的抽放時間甚至可以長達(dá)兩年。瓦斯抽放的直接導(dǎo)致煤體失水嚴(yán)重，經(jīng)測試在經(jīng)過瓦斯抽放后，煤層水分含量一般在1%～2%左右，失水后煤體變得干燥易碎，理化性質(zhì)發(fā)生一定改變。在采煤機(jī)割煤時，煤體垮落，沖擊產(chǎn)塵嚴(yán)重，產(chǎn)塵量極大，同時該產(chǎn)塵屬于陣發(fā)性產(chǎn)塵，難以有效控制及噴霧沉降，防治十分困難。同時，煤體水分含量降低，也導(dǎo)致了如降柱移架、放煤、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、破碎機(jī)等其他塵源點(diǎn)的高產(chǎn)塵特點(diǎn)。工作面粉塵污染嚴(yán)重。

另外，瓦斯抽放鉆孔較為密集，以陽煤為例，工作面回風(fēng)巷瓦斯抽放鉆孔間距1.5m，間隔80m開鉆場，進(jìn)行扇形鉆孔，鉆孔軌跡相互重合疊加，甚至導(dǎo)通，為注水帶來極大的困難，主要是注水范圍難以得到有效控制，鉆孔極易跑水，達(dá)不到長時間有效注水濕潤煤層的目的。利用瓦斯抽放鉆孔進(jìn)行煤層注水是未得到解決的技術(shù)難題。

（2）高瓦斯工作面風(fēng)速高，加劇粉塵飛揚(yáng)擴(kuò)散，制約防塵措施使用效果，粉塵防治困難。礦井一般通過增加供風(fēng)量來有效排除瓦斯，保證安全生產(chǎn)。一般的綜采面供風(fēng)量在1000m3/min，風(fēng)速小于2m/s，采用一般的噴霧措施，降塵效率可以達(dá)到85%。但是，高瓦斯工作面供風(fēng)量在1500～2000m3/min，工作面風(fēng)速在3～4m/s，某些高瓦斯突出工作量供風(fēng)量可以達(dá)到5000m3/min。筆者曾在現(xiàn)場遇見實(shí)測風(fēng)速達(dá)7.5m/s的高瓦斯突出工作面。高風(fēng)速不僅僅吹揚(yáng)起大量粉塵，導(dǎo)致粉塵濃度極大，并且在風(fēng)流作用下加速粉塵擴(kuò)散，在不采取任何措施的情況，司機(jī)位置粉塵濃度可以高達(dá)8000mg/m3以上；同時，受高速風(fēng)流擾動影響，噴霧參數(shù)發(fā)生變化，主要是噴霧的有效射程急劇減小，噴霧措施根本不能有效的控制含塵氣流，噴霧根本不能達(dá)到塵源位置對粉塵進(jìn)行沉降，實(shí)現(xiàn)高效降塵的目的；一般的，在風(fēng)速達(dá)到4m/s時，噴霧降塵效率僅僅在60～70%左右。高風(fēng)速導(dǎo)致粉塵防治難度極大。

（3）機(jī)械化采煤機(jī)導(dǎo)致綜采面的高產(chǎn)塵特性。隨著社會發(fā)展及采煤工藝技術(shù)進(jìn)步，綜合機(jī)械化采煤及放頂式采煤已作為高產(chǎn)高效礦井首選采煤工藝，機(jī)械化、高產(chǎn)高效的采煤方式，造成了高瓦斯工作面高產(chǎn)塵特性，為防降塵措施的使用帶來更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3 高瓦斯工作面粉塵防治對策分析

針對以上粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)，針對性的采取以下粉塵防治對策：

（1）多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)煤層的有效注水，從根本降低綜采面各個作業(yè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)塵濃度。采用煤層注水，增加目標(biāo)煤層含水率，從根本上減少割煤產(chǎn)塵。但是，在進(jìn)行瓦斯抽放后，煤層裂隙閉合、滲透性下降，同時瓦斯抽放鉆孔布置密集，采用常規(guī)的煤層注水技術(shù)，難以有效的實(shí)現(xiàn)對瓦斯抽放后煤層的有效注水。因此，針對瓦斯抽放后的煤層理化性質(zhì)及注水技術(shù)難點(diǎn)，煤層注水設(shè)計主要從以下兩個方面考慮。

①以常規(guī)的煤層注水技術(shù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有的瓦斯抽放鉆孔，從注水工藝、封孔工藝等方面開展煤層注水設(shè)計，采用多種煤層注水技術(shù)相互配合實(shí)現(xiàn)對煤體的有效濕潤。比如動靜壓注水技術(shù)、高壓水力增透技術(shù)、采場動壓帶注水技術(shù)等。其中，高壓水力增透技術(shù)可有效解決因煤層在瓦斯抽放后導(dǎo)致煤層裂隙閉合、滲透性下降的注水難點(diǎn)，在掌握煤體裂隙發(fā)育壓力后，利用高壓水打開煤層裂隙，為煤層注水提供新的通道，可最大限度的實(shí)現(xiàn)煤體的均勻濕潤。

②在條件成熟時，把瓦斯抽放鉆孔設(shè)計同煤層注水設(shè)計結(jié)合起來，使得鉆孔布置參數(shù)同時滿足瓦斯抽放及煤層注水的要求，包括鉆孔孔徑、鉆孔間距、封孔工藝等。同時，合理分配瓦斯抽放與煤層注水時間，預(yù)留出可形成有效防塵效果的煤層注水時間。在設(shè)計用運(yùn)用比如同時適合瓦斯抽放和煤層注水的封孔工藝技術(shù)，利用煤層高壓水力壓裂技術(shù)提高瓦斯抽放效率、提高煤層注水對煤體的濕潤范圍及濕潤均勻性等新技術(shù)。

（2）采用“先控后降”的思路治理采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵。采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵是高瓦斯工作面粉塵的主要來源，占整個工作面產(chǎn)塵的60%。國內(nèi)一般采用高壓噴霧等措施治理采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵，但是由于煤體干燥易碎造成的垮落沖擊產(chǎn)塵嚴(yán)重、高風(fēng)速造成大量煤塵被吹揚(yáng)并迅速擴(kuò)散，傳統(tǒng)的噴霧降塵措施受到布置位置及風(fēng)流對霧流參數(shù)擾動影響等原因，根本不能解決高瓦斯工作面粉塵污染的問題。因此，針對采煤機(jī)割煤垮落沖擊產(chǎn)塵特點(diǎn)以及粉塵擴(kuò)散運(yùn)動規(guī)律，結(jié)合高壓噴霧的防降塵技術(shù)要求，通過大量的現(xiàn)場實(shí)踐，得出必須以“先控后降”的技術(shù)思路對采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵進(jìn)行治理?！跋瓤睾蠼怠钡募夹g(shù)思路主要是利用布置在不同位置的噴霧，實(shí)現(xiàn)“在塵源點(diǎn)（采煤機(jī)滾筒）就地滅塵、控制含塵氣流擴(kuò)散、對控制的含塵氣流進(jìn)行高效噴霧降塵”?；谶@一技術(shù)要求，形成了采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)、采煤機(jī)含塵氣流控制及噴霧降塵技術(shù)為代表的綜合防塵技術(shù)，效果明顯。

圖a是兩種技術(shù)現(xiàn)場粉塵治理噴霧效果圖。其中，采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)（如圖1-b所示）把噴嘴布置在支架前探梁上，調(diào)整噴霧方向、選擇合理的噴霧參數(shù)，使得噴霧從支架上由上到下形成均勻水霧包裹采煤機(jī)滾筒，并且噴霧隨采煤機(jī)的運(yùn)行順次的開啟或關(guān)閉，使得采煤機(jī)滾筒永遠(yuǎn)在噴霧的包裹之下，實(shí)現(xiàn)在滾筒塵源位置的就地滅塵，同時通過噴霧對煤體的濕潤，減少了煤體在垮落過程中的沖擊產(chǎn)塵。而采煤機(jī)含塵氣流控制及噴霧降塵技術(shù)把噴嘴布置在特制的噴霧裝置上（圖1-c-④），調(diào)整噴霧方向，使得噴霧方向與風(fēng)流運(yùn)行趨勢一致，把原有逆風(fēng)噴霧改變?yōu)轫橈L(fēng)引射噴霧，同時調(diào)整噴霧角度，使得噴霧把引射的含塵氣流控制在電纜槽與煤壁間的區(qū)域，利用噴霧霧屏組織含塵氣流往司機(jī)位置擴(kuò)散，引射風(fēng)流往煤壁運(yùn)動；另外通過布置在采煤機(jī)機(jī)身的其他噴霧（圖1-c-①～③，⑤～⑦），對靠煤壁運(yùn)動的含塵氣流進(jìn)行高效噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)割煤的粉塵治理。

（3）采用“控”“噴”的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)支架粉塵治理。煤質(zhì)干燥易碎，導(dǎo)致了降柱移架及放煤成為工作面主要塵源點(diǎn)，其產(chǎn)塵量占工作面總產(chǎn)塵量的20%。通過現(xiàn)場實(shí)踐，在放煤時采用高壓噴霧覆蓋放煤口，可有效解決放煤過程中的粉塵污染。此時，噴霧布置在支架后連桿或者后立柱上，噴霧方向由支架立柱噴向放煤口，噴嘴選用2～3個條件霧化角為60°左右的高壓噴嘴即可。針對降柱移架產(chǎn)塵，這是綜采面粉塵防治的一個技術(shù)難點(diǎn)，現(xiàn)在一般采用先控制粉塵從支架兩側(cè)灑落擴(kuò)散、再采用噴霧降塵措施對控制煤塵進(jìn)行噴霧的方法進(jìn)行治理。

4 效果考察

針對高瓦斯工作面粉塵防治難點(diǎn)形成粉塵防治對策，在現(xiàn)場應(yīng)用時根據(jù)現(xiàn)場的產(chǎn)塵特點(diǎn)選擇防降塵技術(shù)措施，在陽煤一礦、龍灘煤電公司等局礦使用，均達(dá)到不錯的效果。如陽煤一礦8201綜放面煤機(jī)中部司機(jī)位置在逆風(fēng)割煤、順風(fēng)割煤時使用原有低壓噴霧系統(tǒng)，粉塵濃度平均值為9418mg/m3、2890mg/m3，采用綜合防降塵措施后粉塵濃度平均值為627mg/m3、223mg/m3，降塵效率為93.3%；龍灘煤電3114南綜采面司機(jī)位置在逆風(fēng)割煤時使用原有低壓噴霧系統(tǒng)，粉塵濃度平均值為1960mg/m3，采用綜合防降塵措施后粉塵濃度平均值為155mg/m3，降塵效率為92.1%。

5 結(jié)論

（1）通過分析得出了高瓦斯綜采工作面粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)，即煤質(zhì)干燥易碎、垮落沖擊產(chǎn)塵嚴(yán)重、擴(kuò)散迅速以及濕潤性較差。

（2）針對高瓦斯綜采工作面粉塵防治的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的防塵技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)，提出了相應(yīng)的治理措施，即“先控后降”，控制煤塵產(chǎn)生、控制煤塵擴(kuò)散，對控制的含塵氣流高效噴霧降塵。通過該措施在陽煤一礦、龍灘煤電等礦的應(yīng)用考察，司機(jī)位置的降塵效率可達(dá)到90%以上，效果顯著。

（3）實(shí)踐證明，良好的管理制度是防降塵系統(tǒng)高效運(yùn)行的保障，因此必須重視管理制度及技術(shù)措施的制定及執(zhí)行，保證防塵工作的有力開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇等.采煤機(jī)含塵氣流控制及噴霧降塵技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011（04）：65-68.

[2]單占會.大采高綜采工作面的煤塵防治[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2001（02）：39-40.

[3]艾德春，韓可琦.綜采面粉塵綜合防治技術(shù)[J].煤炭工程，2006（09）：57-59.

[4]侯永平.綜采放頂煤工作面防塵技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用及其發(fā)展方向[J].煤炭工程，2008（01）：66-68.

[5]許滿貴，王振平.綜采面開采粉塵產(chǎn)生規(guī)律與綜合防治對策[J].陜西煤炭，2001（04）：30-32.

作者簡介：范寧（1984-），男，安徽阜南人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦“一通三防”（通風(fēng)與安全工程）。