煤矿综采工作面综合防尘技术的应用

1 概述

山西高河能源有限公司 E1319 工作面位于井田南翼，工作面北部为 E1318 工作面采空区，东部为实煤区，南部为 E1320 工作面，西部为南翼大巷。E1319 工作面设计走向长度为 1 700 m，倾向长度为 235 m，工作面回采 3# 煤层，平均厚度为 7.1 m，平均倾角为 5°，工作面采用综合机械化回采工艺。由于 E1319 工作面属石炭系煤层，该煤层不稳定易破碎，工作面采煤机破煤、输送机运煤和机头卸煤时会产生高浓度粉尘。通过前期粉尘浓度检测发现工作面回采期间机道处平均粉尘质量浓度达 142 mg/m3运输顺槽平均粉尘质量浓度达 113 mg/m3，机头卸煤点平均粉尘质量浓度达 117 mg/m3。传统喷雾洒水装置不仅自动化水平低、降尘效果差，而且会导致矿井内静压水浪费严重，无法满足防尘要求。

2 原综合防尘技术主要存在的问题

2.1 安装数量多

采用传统的喷雾洒水时，在工作面需安装 4 道运输顺槽，每隔 50 m 安装一道，使得工作面防尘水幕安装数量多，增加了工作面设备成本。

2.2 劳动强度大

传统的喷雾洒水装置自动化水平低，每班工作面回采前、回采结束需安排 3 名专人对整个工作面喷雾洒水装置进行开停，大大增加了工作面的劳动成本。

2.3 静压水损失严重

传统防尘装置主要采用静压作用使静压水通过喷头进行雾化，从而实现降尘。经过计算发现，每道喷雾洒水装置单位时间洒水量为 0.7 m3 /h，每天工作面洒水量达 32 m3，导致矿井静压水损失严重，影响其他采掘工作面的正常回采。

2.4 防尘效果差

喷雾洒水装置主要采用雾化水颗粒对巷道粉尘进行吸附，从而达到降尘的效果。但是，综采工作面的平均风速达 1.8 m/s，在高速风流作用下，水雾颗粒聚集性差，大大降低了水雾颗粒对粉尘的吸附能力，达不到预期的防尘效果。

2.5 巷道标准化质量差

传统喷雾洒水后污水直接流入巷道内，导致巷道内积水现象严重，不仅降低了巷道质量标准化，而且巷道机电设备，比如开关、移变等数量多，积水不利于机电设备的安全管理，加大了设备故障率，增加了设备维修成本。

2.6 自动化水平低

传统喷雾洒水装置由人工执行开启、关闭等动作，当工作面停止采煤时，喷雾洒水装置仍继续喷雾，无法实现自动启停，自动化水平相对较低。

3 综采防尘技术优化

为了降低工作面回采期间的粉尘浓度，保证工作面后期安全、高效回采，通风队决定对工作面综合防尘技术进行优化。

3.1 安装气控自动喷雾装置

为了降低综采工作面采煤机破煤时的粉尘浓度，提高工作面的降尘自动化水平，决定为工作面安装气控自动喷雾装置。

E1319 工作面安装的气控自动喷雾装置型号为QKZP- ZF，装置主要由压风管、静压水管、风水分配器、水管电控阀门、高压喷雾器、PLC 控制器和粉尘传感器等部分组成。该装置供水静压力 P≤5 MPa，工作压力 1 MPa≤P≤5 MPa，每套气控装置可同时控制2 ～4处 高 压 喷 雾 器 。 E1319 工 作 面 共 计 安 装 3 套QKZP- ZF 气控自动喷雾装置，分别安装在刮板输送机机头、采煤机和刮板输送机机尾处。工作面回采期间，当粉尘传感器检测到工作面粉尘的质量浓度大于 40 mg/m3 时，传感器及时将数据号传递至 PLC 控制器中进行处理，控制器接收信号后及时为水管电控阀门供电，从而打开高压喷雾器进行喷雾降尘;当粉尘的质量浓度低于 25 mg/m3 时，再次通过 PLC 进行联锁控制，停止装置喷雾降尘作业[2]。

3.2 安装全断面捕尘网

由于运输顺槽兼做工作面进风巷，巷道内平均风速为 1.9 m/s。传统的喷雾洒水装置降尘时，在风流影响下降尘效果差且会导致巷道内产生大量积水。因此，通风队决定在运输顺槽安装全断面捕尘网。全断面捕尘网主要由金属框架、捕尘网、高压喷头、水泵等部分组成，金属框架呈矩形断面，采用锚杆固定在巷围岩上，高压喷头安装在金属框架顶部。高压喷头连接管与水泵供水管连接，在安装捕尘网底部设置一个水槽，水泵安装在水槽内，水泵电机通过联锁开关与带式输送机电机连接。巷道内的带式输送机在运输煤矸时，通过联锁作用向水泵供电，使得清水槽内水流进入高压喷头内并进行喷雾，水流在捕尘帘上形成水幕，从而对尽风流中的粉尘进行全断面捕尘[3]。

3.3 安装全封闭防尘装置

为了解决传统带式输送机机头卸煤点扬尘大、喷雾洒水降尘效果差等技术难题，通风队决定在卸煤点安装一套全封闭防尘装置E1319 工作面运输顺槽带式输送机机头安装的全封闭防尘装置主要由金属封闭外壳、烟雾传感器、粉尘监测装置、自动洒水装置、控制器、受料平台大块物料筛选装置等部分组成，如图 1 所示。带式输送机机头在卸煤时，产生的高浓度粉尘被粉尘浓度监测装置监测，当粉尘的质量浓度大于 50 mg/m3时，通过控制器的控制作用及时打开自动洒水装置进行降尘;当粉尘的质量浓度降低至 20 mg/m3 时，自动洒水装置关闭。由于卸煤速度达 4.5 m/s，输送机在卸煤时通过料平台的撞击可使卸煤速度降低至 1.5 m/s 以下，从有效防止高速煤流对下水平输送带的冲击[4]。同时，大块物料筛选装置可筛选煤流中的大块煤矸，以防大块煤矸导致下水平输送机跑偏、撕带等[5]。

4 实际应用效果分析

E1319 工作面回采至 450 m 处时，通风队在工作面安装 3 套气控自动喷雾装置，在运输顺槽安装 5 部全断面捕尘网，在机头处安装全封闭防尘装置。截至2019 年 5 月，E1319 工作面已回采到位，通过观察6 个月的实际应用效果发现，优化后的综合防尘技术可使工作面落煤点粉尘的质量浓度降低至 35 mg/m3 以下，运输顺槽粉尘的质量浓度降低至 20 mg/m3 以下，机头卸煤点粉尘的质量浓度降低至 24 mg/m3 以下，且整个工作面回采期间节约静压水量达 2 117 m3，大大提高了综采工作面的防尘效果。

5 结语

山西高河能源有限公司通风队针对 E1319 工作面传统综合防尘技术效果差、静压水浪费严重等技术难题，对原防尘技术进行优化，通过实际应用发现，优化后的综合防尘技术不仅提高了防尘自动化水平，减小了静压水损失量，还大大提高了工作面的防尘效果，保证了工作面的安全高效回采，取得了显著的应用成效。