华胜煤矿3203采煤工作面防尘技术应用

张晓荣

（山西蒲县华胜煤业有限公司，山西 临汾 041206）

综采工作面是煤矿井下最大的产尘源，作业过程中呼吸性粉尘产生量大，对作业人员的身体健康构成威胁，且造成工作面能见度低，制约工作面的正常回采[1-2]。高效治理综采工作面粉尘，对保障采煤工人的身体健康和矿井的安全生产，具有十分重要的意义。

1 3203采煤工作面概况

华胜煤矿位于山西省蒲县县城东部20 km处，矿井生产能力0.90 Mt/a，目前主采3号煤层。煤层倾角为1°～10°，平均5.5°，厚度为1.7 m，硬度为2～3，裂隙发育。煤种为气煤，水分1.02%，灰分19.81%，挥发分38.42%，硫分0.91%，发热量27.44 MJ/kg（不含顶、底矸和夹矸）。

3203工作面倾斜和走向长度分别为199 m和500 m，采高2.4 m，240 m内北侧为3202工作面未开采部分，240～549.25 m间北侧为3202回采工作面采空区，南侧为3204回风顺槽，西南侧为实体煤层。工作面瓦斯和二氧化碳绝对涌出量分别为0.53 m3/min和0.73 m3/min，瓦斯和二氧化碳相对涌出量分别为0.30 m3/t和0.42 m3/t。采煤机型号为MG300/700-AWD，技术参数见表1。

表1 MG300/700-AWD采煤机技术特征

2 工作面粉尘运移规律

2.1 粉尘产生特性

采煤机滚筒截割煤壁是综采工作面最主要的产尘环节。滚筒高速旋转带动其上的多个截齿与煤体相互碰撞使其破碎产生大量粉尘，而碎煤块掉落到地面后可能会造成二次扬尘，甚至可能会再次发生碰撞破碎产生粉尘；采煤机割煤过程中支架需随工作面向前推进，支架移动过程中与顶底板煤体相互挤压摩擦产生粉尘，同时还会造成积尘下落；截割后产生的碎煤块由刮板运输机运送过程中可能发生小范围碰撞，运至皮带机转载点处从上皮带向下皮带转运过程中将煤体抛出，沉积粉尘随之扬起，同时煤体掉落在下皮带上相互冲击碰撞，产生二次扬尘。

2.2 粉尘运移特性

在煤壁上受滚筒旋转截割作用产生的粉尘主要随风流一同向回风侧运移，较少部分粉尘可以横向扩散到人行道中，更多的粉尘仍然是沿煤壁附近的巷道一侧运动，随风流并不断沉降，多数粉尘落在煤壁和工作面底板上被捕获。

采煤机前后滚筒截割产生粉尘的运移状态略有差别，在前滚筒产生的粉尘会在采煤机机体前分流，此时受较强的风流紊流影响将有部分粉尘向人行道中扩散，但占比较小。综采工作面进风所携带的粉尘，一方面随风流向回风侧运动，一方面横向随机扩散，沿程粉尘不断落在煤壁和工作面底板上被捕获。经现场实测，粉尘在人行道中的浓度降低很快，目前认为这是由于人行道中空间较狭窄且支架液压柱等阻碍物较多，粉尘容易被截留捕获。

3 综合降尘技术应用

3.1 工作面综合降尘技术

（1）利用采煤机自带的内、外喷雾作为截割产尘的主要降尘装置，保证喷雾装置正常使用，每次检修班要对喷雾堵塞情况、喷头磨损程度进行检查，截割时采用专用喷雾泵进行喷雾用水加压，外喷雾和内喷雾用水压力分别为5 MPa和3 MPa。

（2）在液压支架上安装联动式架间喷雾装置，可以在移架过程中同步开启。

（3）在刮板输送机机头、破碎机、各皮带机转载点等安装粉尘封闭罩，并在其中安设喷雾装置，喷头分别朝向上皮带机尾以及下皮带落煤点，喷雾供水压力为1 MPa。

（4）在3203综采工作面回风顺槽距离工作面10 m以及30 m处分别设置一道联动式全封闭水幕帘，供水压力为1 MPa。

3.2 降尘效果分析

为了测定采用综合除尘技术后3203采煤工作面粉尘浓度情况，利用直读式粉尘浓度测量仪测定粉尘浓度，测尘点的设置参照我国颁布的《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》（AQ 1020-2006）[3]，分别在采煤机司机处以及回风顺槽第二道全封闭水幕帘后方2 m处，测尘仪固定高度为工人呼吸带高度。粉尘测量结果见表2和表3。

表2 采煤机司机处粉尘浓度实测数据

表3 水幕帘后方2 m处粉尘浓度实测数据

（1）采煤机司机处

由表2可知，3203综采工作面实施综合降尘技术措施后，司机作业地点平均总粉尘浓度从297.1 mg/m3降至37.4 mg/m3，平均呼吸性粉尘浓度从142.8 mg/m3降低到17.9 mg/m3，极大地降低了工作面粉尘浓度。各种防尘措施的降尘效率可依据公式（1）进行计算[4]：

式中：η为降尘效率；c1为采用综合降尘措施前的粉尘浓度，mg/m3；c2为采用综合降尘措施后的粉尘浓度，mg/m3。

根据表2数据及式（1），可得泡沫对司机处总粉尘的降尘效率（ηt） 为：

对呼吸性粉尘的降尘效率（ηr）为：

在司机工作地点，采用综合降尘技术后对总粉尘的降尘效率ηt=87.4%，对呼吸性粉尘的降尘效率ηr= 87.5%。工作面粉尘浓度显著降低，作业环境得到了极大改善。

（2）水幕帘后2 m处

由表3和式1计算可知，3203综采工作面回风侧第二道水幕帘后侧2 m处平均总粉尘浓度从425.2 mg/m3降至52.2 mg/m3，呼吸性粉尘浓度从207.0 mg/m3降低到23.6 mg/m3，极大地降低了工作面粉尘浓度。

根据式（1）可得，对总粉尘的降尘效率（ηt）为：

对呼吸性粉尘的降尘效率（ηr）为：

综合降尘技术对回风顺槽全尘和呼尘的降尘率达到了85%以上，粉尘治理效果比较显著，改善了作业环境。

4 结论

通过对华胜矿3203综采工作面粉尘产生及运移情况分析发现，粉尘主要产生在煤体碰撞破碎和二次扬尘的环节，如滚筒割煤、支架移架、运煤等环节，分析了采煤工作面粉尘运移规律，提出了采煤机内外喷雾、架间喷雾、转载点喷雾、回风顺槽水幕帘喷雾的综合防尘技术措施，降尘除尘效果显著。经检测，采煤机司机处全尘和呼尘的除尘率分别为87.4%和87.5%，回风顺槽水幕帘后全尘和呼尘的除尘率分别为87.7%和88.6%。