煤体快速自动预湿装置的应用研究

陈 华

（山西煤炭运销集团同晟达煤业有限公司，山西 霍州 031400）

1 工程概况

山西煤炭运销集团同晟达煤业公司位于临汾市乡宁县台头镇，当前主要开采2#煤层。2103工作面走向长614m，倾向长140m，煤层起伏变化较大，煤层倾角平均7°，宽缓褶曲发育。煤层厚度变化为8.40～8.85m，平均8.58m。直接顶板为深灰色粉砂岩，易破碎冒落；直接底为粉细砂岩，上部以粉砂岩为主，中部岩石较碎，所采2#煤孔隙率为5.6%。

2103工作面主要采用的是双巷交叉静压注水方式进行煤层预湿，具体见图1所示。根据矿压及深基孔观测资料，设定注水超前距离为30～50m，终止注水超前距离为10m，对2103轨道平巷、2103胶带平巷同时进行注水预湿。

图1 煤层注水方法示意图

2 2103工作面煤层注水存在的问题

在煤层的生成及其后的变质、开采过程中，由于挥发物质、瓦斯和水分的不断泄出及压力变化，煤体中自然形成了各类细微孔隙。采煤机割煤是通过截齿挤压煤体，使煤体产生大小不等的断裂面，脱离煤层后掉落，在这个过程中大量粉尘由内向外沿断裂面涌出，而大部分断裂面是沿煤体原有裂隙由外向内产生的，煤层预湿的目的便是封堵这些孔隙，阻止煤体断裂时粉尘的涌出。

同晟达煤矿所采2层煤孔隙率为5.6%，注水较困难，注水前煤的原始水分含量为3.17%。在实施静压注水后，动压区水分增加量为0.65%～0.95%，一般在0.65%左右；而静压区的水分增加量在0.21%～0.35%之间，一般在0.2%左右。注水效果不理想。

根据生产安排，2103综放工作面每天割煤4刀，进尺2.5m，回采速度相对较慢，采煤机停机时间间隔较长，采煤过程中产生的粉尘很容易吸附在煤壁及工作面设备上，在采煤机割煤时极易造成二次扬尘，同时煤壁表面水分在风流的作用下会很快蒸发，在空气较为干燥的冬季这种现象尤为突出，进一步降低了注水的防尘效果。

3 煤体快速自动预湿装置的开发与应用

同晟达煤矿针对以上存在的问题，自主研发了煤体快速自动预湿装置，该装置通过割煤前2～5min快速对干燥的煤体进行预湿，润湿干燥煤体，封堵煤体孔隙，减少割煤过程中煤体断裂所产生的粉尘。

3.1 系统自动控制原理

该装置由支架液压系统、联动控制系统和高压喷头组成。利用综放工作面液压支架所带的收缩前插板的液压控制器，在控制器的两根连接管上通过三通并联一个双液双控阀，双液双控阀起到了液压供水控制转换的作用。当支架工收前插板时，双液双控阀受液压控制使供水端管路导通，高压喷雾开始喷雾，从而实现了前插板液压控制和预湿装置的联动，如图2所示。

图2 煤体快速自动预湿装置及控制系统示意图

3.2 自动预湿装置防尘原理

（1）预湿煤体，封堵、湿润煤体表面裂隙，增加煤体表面含水量，减少割煤过程中煤体断裂产生的煤尘，强化煤层注水防尘效果。

（2）对即将回采的煤体表面直接冲刷，清理煤体表面浮煤，避免割煤过程中的二次扬尘。

（3）因该喷雾距离割煤位置较近，且喷雾位置位于前插板靠近煤体侧，一般架间喷雾很难喷到这个位置，是对架间喷雾很好的补充，确保了架间喷雾的全断面除尘。

3.3 自动预湿装置的安装与应用

如图2所示，对液压支架原有的供水系统进行了改造，在支架的前插板与护帮板连接处增加了2个高压喷头，喷头朝向煤壁呈50°，收起插板时，喷雾基本可以覆盖煤壁，喷雾供水使用Φ13胶管与工作面主供水管路相连。双液双控阀安设在支架操作台一侧，使用Φ13高压供液胶管与支架前插板的控制阀相连。

4 降尘效果分析

为检测该设备运行后的防尘效果，针对割煤工序进行了粉尘测定，测点位置为割煤机下风侧10～20m处，由通防工区测尘工负责，明确专人、固定仪器进行采样，原始记录如表1所列。

表l 煤体快速自动预湿装置使用前后降尘效果对比

从表1测定的数据可以看出，综放工作面煤壁快速自动预湿装置在应用过程中，工作面产尘量明显下降，全尘浓度下降率在18%左右，而呼吸性粉尘下降较为明显，为23%左右，达到了预期目的。

5 结论

通过综放工作面煤体快速自动预湿装置的研究和在2103工作面的现场成功应用，取得了较为明显的防尘效果，对保护职工的人身安全和身体健康极为有利，具有推广价值。

（1）采用了自动控制原理，无需操作即可自动工作，在未增加支架工的劳动强度的基础上，达到了除尘降尘的目的。

（2）设备改造简单，只在原来液压和喷雾系统上增加了双液双控阀和数根胶管、喷头，均属不易损坏的部件，除定期清理喷头外，基本无需维护。

（3）快速预湿装置的使用可起到预湿煤体、冲刷附着煤尘和拦截浮尘的作用，降尘效果明显。