论文：浅析综采工作面煤尘治理

Posted 2023-01-12 工作面

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根据综采工作面煤尘治理现状，对煤尘危害及综采面煤尘形成原因进行详细研究与分析，提出综采工作面煤尘的治理措施及建议。
0引言
煤尘是指在煤炭资源开采加工过程中产生的微小固体颗粒，通常情况下呈现出两种形态：附着与井下巷道与设备上的沉积态和受风流作用而长期悬浮于空气中的浮游态，二者随着井下风流环境的不断改变，相互可转化。当空气中煤尘含量达到一定浓度时可能导致煤尘爆炸事故；当煤尘颗粒直径小于5μm时会随着人的呼吸进入人体内部，引发尘肺病等身体疾病。所以，加强对综采工作面煤炭开采中的煤尘治理有十分重要的现实意义[1]。
1综采工作面煤尘形成原因分析
现阶段，中国井下煤炭开采使用的采煤设备多为滚筒采煤机，生产时通过截割滚筒完成破、装、运等工序，而这些工序正是煤尘产生的主要过程，其主要形式可归纳为以下几点：
a)当截割端与煤壁接触时会使煤壁因挤压形成密实核，随着截齿的深入，密实核的范围会不断扩大并逐渐受剪切作用的影响。截割完成后，随着截齿的抽离，密实核发生破碎并以粉末状掉落形成煤尘；
b)截割时，大块煤体的飞出会导致截齿的实际截深大幅降低，使割下的煤块比较小，其中部分是煤粉；
c)截齿长时间使用后逐渐磨损，使齿刀与煤体之间出现碾压摩擦而生成煤粉；
d)由于自身裂隙的存在会使煤屑飞出后发生进一步分裂形成煤粉；
e)截齿对煤壁形成冲击作用导致煤尘出现，冲击速度越快，煤尘越多；
f)采煤机截割滚筒的旋转使降落的煤尘飞扬扩散，进入风流中。
2综采工作面煤尘综合治理措施
2.1采煤机截割时的煤尘防治
采煤机对煤壁的截割一直是综采工作面煤尘的主要来源之一，实现这一环节煤尘的有效防治应主要集中在如何减少煤尘的形成与如何使产生的煤层凝落。当前较为常见的方法有改进采煤机结构与进行采煤机喷雾[2]。
2.1.1改进采煤机结构
工作面割煤中煤尘的产生量同截割滚筒的各项参数(截齿形式、磨损度、牵引速度等)有密切联系，可通过改善截齿结构、及时更换磨损截齿、控制牵引速度等方法降低煤尘的生成量。
当前主流的截齿形式主要有刀型和镐型两种。二者在截割机理及安装方法上均有一定差异。当煤体中裂隙发育较好时，镐型截齿使用时所产生的煤尘量远低于刀型截齿；同时镐型截齿的安装形式为沿滚筒切向安装，与采用径向安装的刀型截齿相比在煤尘的产生量上进一步降低。所以，应推广镐型截齿并逐渐全面取代刀型截齿。
当结构参数获得确定后，降低煤尘的唯一手段就是增加割煤时破碎物的直径。通常当截齿磨损较为严重时，会在截齿面上形成弧形并与煤体发生碾压摩擦导致大量煤尘形成，必须定期检查截齿，一旦发现磨损严重应及时更换。当截齿数量较多时，后方的截齿会因截深过浅而生成大量粉尘，所以适当降低截齿数量，确保截齿获得充足的工作空间是降低煤尘浓度的有效手段，经验证，截齿数量降低30%，可使煤尘产生量显著降低。
2.1.2改善采煤机喷雾方式
传统采煤机多采用内喷雾方式，其水压要求不小于3.5MPa，实际生产中喷雾用水多为电机的冷却用水，水压多低于2MPa，使用中常出现水压过低、喷雾量不足的现象，加之内喷雾形式存在喷嘴易堵的缺点，难以有效控制粉尘。针对这一不足，可在采煤机喷雾机构上增设加压泵，改善内喷雾效果。此外，鉴于内喷雾不易改良，通过改良外部喷雾系统加强对煤尘的控制效果就成了改善采煤机喷雾方式的主要途径。常见的外喷雾方式为逆风喷雾，当采煤机逆风切割时采用这种方式，风流会受到逆风喷雾及滚筒切割的影响而在机组前部形成局部涡流，使含有大量煤尘的风流进入工作区域，对工作人员的健康造成威胁。针对这一不足，将原本布设在摇臂上部的喷嘴取消，利用喷雾引射方式，使含有煤尘的风流沿煤壁流动并使风流在引射喷雾与跟踪喷雾的共同作用下实现对煤尘的有效控制[3]。
2.2液压支架工作中的煤尘防治
在综采工作面开采中，液压支架的支护也是煤尘的主要来源之一，特别是移架中，不仅产尘点多且产尘量、分散程度高，产生的煤尘在风流影响下可以很快扩散到整个工作面，对工人的身体健康造成威胁。尤其是在放顶煤工作面，支架后部存在互相连通的空间使放煤产生的煤尘还未沉降就随风流扩散到通道中。针对这些问题，对旧有的支架喷雾系统进行改良，将放煤和移架时的喷雾系统同支架液压控制系统相联结，实现喷雾工序自动化，简化操作的同时提升煤尘防治效果。改进后的喷雾系统示意图，如图1。

图1液压支架喷雾系统示意图
图1中动作控制采用领架操作，既可有效改善工作人员的工作环境亦可同采煤机相互配合实现架后喷雾与随机喷雾。除此之外，在放煤口处增设了风帘以避免煤尘的扩散飞扬，提升喷雾效果。整个系统的原理示意如图2，图中喷雾截止阀5、6分别与控制立柱与控制插板千斤顶的两个操纵阀1、3相连，从而实现喷雾的自动化操作。

图2喷雾系统原理图
1.立柱操纵阀；2.立柱；3.放煤操纵阀；4.放煤千斤顶；5.喷雾截止阀；6.喷雾截止阀；7.球阀；8.球阀
2.3其它煤尘防治措施
a)水幕净化。在综采面两侧巷道中分别设立两道净化水幕，确保雾化的水雾充斥整个巷道，有效捕捉通过风流中携带的煤尘。其中第一道水幕设置在距离工作面10m～20m内，第二道水幕安设在距离两侧巷道进出风口10m～20m内；
b)煤层注水。在煤炭开采前预先在煤壁上开设若干钻孔，通过钻孔向煤层高压注水，减小煤体强度，增强煤尘之间的粘性，降低煤尘的生成量。通过煤层注水可在回采过程中实现有效的连续性降尘，显著提升生产的安全性；
c)在综采工作面进风口布设挡风帘，尽可能地降低进入支架后部连通空间及采空区的风量；在工作面上端口处布设风帘，对风流进行有效引导，避免出现局部涡流；
d)定期对综采工作面两侧巷道进行全面的喷雾洒水，有效减少附着于巷道帮壁上的积尘[4]。
3结语
由于工作面煤尘量大、产尘点多等特性，煤尘治理一直威胁是综采生产中安全的重要因素之一。针对这一难点，各矿井必须依据实际的井下地质、工程条件，采取多种方法相结合的综合化煤尘治理措施，促进综采工作煤尘浓度下降，改善工作面工作环境，为工作人员健康安全及煤炭生产提供充足保障，实现经济效益与社会效益的双丰收。