综采放顶煤工作面粉尘综合治理技术探讨

【摘要】随着综采放顶煤技术的发展，随之而来的是高浓度粉尘对作业人员的身体健康和煤矿安全生产造成严重的威胁。本文针对1115综放工作面的产尘情况，在预先湿润煤体的前提下，采用采煤机高压喷雾、放煤口放煤喷雾及回风巷道安设风流净化水幕等综合防尘技术，对工作面产尘的主要工序和关键区域进行控制。现场测尘结果表明降尘效果显著。

【关键词】综采工作面；放顶煤；粉尘治理

引言

煤尘不仅影响着矿工的身心健康，而且绝大部分煤矿的煤尘都具有爆炸性。严重威胁着矿井的安全生产。采用有效的降尘措施，降低井下空气中的煤尘含量是煤矿开采过程中不可缺少的重要工作之一。综采轻型放顶煤工作面由于其开采的特点，产尘量比普通综采大，研究轻放工作面的煤尘产生机理，寻求针对性的降尘措施，是一项重要课题。本文在介绍了工作面煤尘产生机理的基础上，结合现场工程实践，提出具体的工作面煤尘的防治措施。

1工作面煤尘生成机理

煤尘是煤矿在生产过程中产生的煤炭细微颗粒，悬浮在空气中的粉尘称为浮尘。在现代化煤矿中，煤尘的生成量可以达到煤炭产量的3%。在煤炭尚未采落之前，其内许多裂隙就已经存在着一些煤尘。这些煤尘是由于煤层在构造运动中受挤压或在开采前受地层集中压力的作用而产生的，它们存在于这些裂隙之中，随着煤炭的采落和破碎而进入井下空间，这些煤尘称为原生煤尘。采煤机在作业时，煤炭受机械的快速切割而产生大量煤尘，是采煤工作面的主要产尘区。

煤尘的产生与下列因素有关：（1）煤层地质条件。煤层脆性大、节理裂隙发育、疏松而干燥时，产生的粉尘就多。（2）回采方法和工艺。机械化程度越高，防尘工作越重要；采煤机牵引速度、割煤方向、截齿型式等都会影响粉尘的生成量。（3）通风状况及采掘空间的大小。合理的通风量可以冲淡粉尘浓度并把它带走，风量太小不能有效降低粉尘浓度，风量过大会把沉积粉尘吹扬起来。

21115工作面概况

1115工作面位于某矿二水平南五采区，为12煤层工作面，该工作面东部为国道保护煤柱，南部为1117设计工作面，西部为1117上山和12煤层通风上山，北部为1113采空区，工作面上覆为9煤层采空区。本工作面为12与12半煤层合区，煤厚及倾角较稳定，局部受构造影响不稳定。煤层总厚平均6.17m，12煤层平均厚度4.31m，其中含2～3层黄铁矿结核，最厚0.1m；12半煤层平均厚度1.86m，两煤层之间夹矸最厚0.4m。工作面走向长为618m，倾斜长为122.5m，煤层倾角为6°～12°，平均为9°；工业储量为837818吨，可采储量为628364吨。采用走向长壁后退式放顶煤采煤法，由南向北回采，采高2.3m，放顶煤4.27m，采放比1：1.857.放顶煤是整个工序的关键，工作面采面用多轮顺序放煤。

3工作面煤尘的防治措施

3.1煤层注水防尘

注水防尘，是通过钻孔并利用水的压力将水注入即将回采的煤层中，一是增加煤的水分，使煤体得到预先湿润；二是利用煤层注水预湿过程中液体在裂隙表面的压力、夹层和矿物质的膨化以及化学的与物理的作用，使煤的力学性质发生变化（如塑性增加、硬度和抗压强度降低），减少煤在破碎过程中的矿尘产生量。对于较松软的煤层，为了降低工作面采煤机落煤时和放顶煤时的产尘量，有必要采用预注水的办法把煤浸湿。但决不能因此而降低煤的强度，使煤体提前断裂，从而影响工作面煤壁和顶煤的稳定性，给工作面维护带来困难。

在工作面风道内沿工作面走向，距切眼40～80m处，由里向外布置注水钻孔，钻孔位置选择在距底板lm左右；注水钻孔沿煤层钻进，略向上仰；第一个钻孔距工作面煤壁40～80m，注水孔湿润半径：5～10m。钻孔间距为10～15m，钻孔长度为钻孔长度不小于工作面的2/3，因此取钻孔长度为工作面长度×2/3=122.5×2/3=82m。钻孔上仰1～3°，即钻孔倾角为6～8°。

3.2采煤机喷雾降尘

采煤机割煤是放项煤工作面的主要尘源之一，也是防尘的重点之一。与产尘量关系较大的主要是截齿的形状、数量、截齿的安装方向以及滚筒的形状等，在选用采煤机时，应针对煤层特点和顶底板岩性，合理确定采煤机滚筒的形状、截齿的形状和数量。在实际应用中，合理控制采煤机的牵引速度和及时更换磨钝的截齿，以达到最有效的降尘效果。

在采煤机滚筒摇臂上方靠近滚筒侧的直线段和端头弧面处各布置1组多个喷嘴，喷嘴数量视现场条件可进行增减，一般为4～5个。当割煤时2组喷嘴同时喷雾，在滚筒靠人行道一侧形成一道喷雾屏。另外，再利用安装到支架上的自动喷雾降尘系统，通过手动控制，当采煤机割煤时，打开采煤机滚筒附近的支架降尘装置，在采煤机下风侧形成1至2道水幕，拦截通过的含尘风流中的煤尘。现在选用的XPBl25/55型加压泵，将水压力调高到3.5MPa以上，效果较好。在采煤机摇臂处各加一组喷雾，各有多个喷头，喷头数量一般为4～6个，并选择了合适的喷射角度和方向，使喷雾能覆盖截割全部位。。

3.3放煤口放煤喷雾降尘

放煤是放项煤工作面的主要尘源之一，其主要产尘量是支架放煤口位置，其产尘量的大小与顶煤破碎程度及风速等有关。放煤产生的煤尘主要集中在支架后部刮板输送机处，随风流方向扩散弥漫。治理放煤时的煤尘问题主要依靠喷雾。从各放顶煤工作面的调查情况来看，从喷嘴布置与喷雾的控制两种方式。

（1）喷嘴单排布置手工开动喷雾

这种方式是在放煤嘴旁边，支架固定位置安装1组多个喷嘴。放煤前，手动打开阀门。喷雾水压一般在1.5～2.0MPa。降尘效果一般在放煤口下风侧l0m处的降尘率在50%左右。

（2）喷嘴单捧布置自动喷雾

在支架放煤口安装2组4个放煤嘴，并安装一个自动喷雾控制阀，当尾梁打开时，控制阀通过与支架液压系统的联动自动打开水路，实现同步自动喷雾。当尾梁伸直，关闭放煤口时，控制阀关闭水路，停止喷雾。喷雾水压一般在1.8MPa以上。降尘效果一般在放煤口下风侧l0m处的降尘率在80%左右。

3.4回风巷道安设风流净化水幕

为了将随风流逸出的煤尘就近捕捉下来，大多数放顶煤工作面都按《煤矿安全规程》规定，在工作面上出口20m以外范围内安装有两道手动喷雾，两道喷雾问隔10～15m，当工作面割煤时，手动打开喷雾装置，进行喷雾降尘。1115工作面设置水幕的地点距工作15～30m，并随回采工作定期前移，并加了一道防尘纱帘，在回风流全断面中布置。

在出煤过程中，打开净化水幕，水喷洒在防尘纱帘上，捕捉煤尘。经现场测定，不使用防尘帘时，煤尘浓度为平均l00mg/m3，使用挡矸帘后，煤尘浓度降至平均43mg/m3，平均降尘率达到57%。

4结束语

随着综采放顶煤技术的发展和放顶煤工作面急增，随之而来的是高浓度粉尘对作业人员的身体健康和煤矿安全生产造成严重的威胁。目前放顶煤工作面的防尘研究还是很不够的，传统的煤层预注水方法和工作洒水喷雾降尘的方法还需要进一步研究，以提高降尘的效果。同时还要加强对工作面捕尘、降尘和导尘的研究，以保证工人工作空间的煤尘含量达到国家标准。

参考文献：

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[2]李祥，周福宝.特厚坚硬煤层综放工作面的综合防尘技术[J].矿业安全与环保，2005（2）.