四明山矿高效防尘技术研究及发展趋势

贺森栋

(晋能控股煤业集团四明山煤矿，山西 高平 048400)

引 言

近年来，随着井下开采深度的增加，煤炭资源储量逐年减少。虽然我国煤炭工业安全防治工作取得了长足的发展，但由于井下开采作业环境较差，空气流速慢，且有毒有害其他含量较大，不仅会降低企业生产效率，同时还对工作人员的职业健康带来负面的影响。

1 概述

晋能控股煤业集团四明山煤矿(以下简称“四明山矿”)井田位于高平市东部，主要可采煤层为9#和15#煤层，在回采工作面采煤机破碎、皮带运煤和机头卸煤等阶段会释放浓度较高的粉尘；另外本矿井为兼并重组整合矿井，井田内存在大面积采空区，在揭露盲巷或采空区时会涌出有毒有害气体，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氢等，因此传统的防尘措施难以对井下工作环境的改善起到显著作用，为保障工人职业健康，需要利用更加全面、先进的防尘措施。通过参考相关类似矿井的成功经验，对四明山矿的防尘设施与设计进行升级，对我国煤矿进行采掘工作面粉尘防治工作提供更多的技术方案与借鉴意义。

2 防尘设施与措施

2.1 喷雾防尘技术

四明山矿井下开采过程中，由于采掘工作面中采煤机、运煤机、滚筒割煤机等设备作业频繁，会产生大量的粉尘，决定配备了额定压力为10MPa的喷雾泵站，并超前进行煤层预注水，另外在其截割部、液压支架产尘源、破碎机等处设计密闭防尘罩，并设置喷雾防尘装置；运输系统方面，也需要在带式输送机、刮板输送机、转载机等的转载点上设置喷雾防尘装置。喷雾防尘技术将可以有效提高防尘效果，降低煤炭开采过程中所释放的大量粉尘，改善工人的职业健康安全。

2.2 净化风流防尘措施

通过在井下巷道设置空气净化设备，当含尘空气经过时可以快速捕捉粉尘的措施被称为风流净化水幕技术。目前，在四明山矿9101工作面设置有4道风流净化水幕设备，均采用自动控制系统进行操作。安装地点分别是9101工作面运输顺槽和回风顺槽，第一道水幕均设置在两个顺槽安全出口的30 m以内，第二道水幕设置在第一道水幕范围的20 m以内，所有水幕采用逆风布置。

自动水幕的控制系统方面，将选用粉尘浓度超限装置进行配合使用，从而实现粉尘浓度的实时监测并自动运行风流净化的作用。该系统主要组成设备包括喷雾主机、电磁阀、传感器、粉尘浓度监测仪等部分。

2.3 个体防护

个体防护是井下防尘工作的重要组成部分，四明山矿针对经常接触粉尘作业的工作人员，重点包括采掘机司机、移架工、钻探工、安全员等，专门配备有特种防尘工作，其中包括：带有“MA”标志的防尘口罩、防尘帽、辅助呼吸器等，对于帮助佩戴者呼吸净化后干净空气、提高生产效率、提高工作情绪起到重要作用。

2.4 回采工作面防尘措施及设施

四明山矿除采用常规喷雾降尘、自动水幕等措施以外，在还对工作面20 m以内的巷道，进行每班至少一次的冲洗工作，对20 m外的巷道每周至少冲洗一次。定期清除浮煤，减少堆积周期，用物理方法实现工作巷道中粉尘含量的降低。

另外针对工作面装备一部MG2×125/600-WD型采煤机，该采煤机截深0.80 m，电机功率600 kW，在生产过程中必须使采煤机割煤深度保持在有效割煤深度，牵引速度在4 m/s～6.1 m/s，减少滚筒转速，并尽可能与通风风流方向一致的单向割煤方式，采用滚筒逆向旋转的装煤方向，禁止采煤机超薄割煤导致割煤粉碎形成大量煤尘。

3 防尘技术发展趋势

目前，我国矿井防尘工作虽处于逐步完善当中，但仅有少部分大型现代化矿井完成了从单点监测矿尘浓度的方式，到线上实时监控的“智慧矿山”发展，更多的矿井仍然停留在人工监测的水平，井下防尘措施将成为将来矿井除尘的重要手段。

3.1 空气幕防尘技术

空气幕防尘是指利用井下风流对矿井粉尘的扩散进行控制的技术。最初是由俄罗斯斯阔琴斯基矿业研究所联合中央科学研究院矿用机器学院开发的一套适用于井下巷道除尘系统的压入-抽出式通风设备而兴起。该设备利用风流风场的效果，在综采工作面构造防尘风幕，从而起到阻止粉尘向外扩散的作用，然后再启动设备吸风管路，将高粉尘含量空气从巷道抽出。

近几年我国空气幕防尘技术己取得了长足的进步，中国煤科重庆分院利用附壁风筒产生的风流，将综采工作面风流风向改变为旋转风流，从而在掘进机掘进方向建立起空气屏幕，起到阻止粉尘扩散的作用，最后利用风机抽尘，把含尘空气吸入管路。该方法具有风速控制准确率高、有效吸程距离大等优点。

3.2 化学防尘技术

普通煤层注水由于水气表面的张力较高，部分粒度较小的粉尘难以被迅速湿润，捕捉效率不高的问题普遍存在。为了提高水分对粉尘的吸附能力，各国学者纷纷采用在水中添加活性剂的化学方法，来提高水分对煤尘的吸附能力。在此方面，我国化学控尘技术起步相对较晚，但发展迅速，并且取得了一定成果，李满研制的煤尘抑制剂成功申请国家发明专利，并取得专利证书编号为200810171 888. X。该煤尘抑制剂可增强水的渗透能力，在煤层注水的过程中有效缩短工作时间并提高液体对煤层吸附能力。实验发现，对于变质程度中等的煤炭，添加该煤尘抑制剂浓度至0. 02% 时候，仅需40s即可渗入煤体，对煤层注水控尘的效果改善极为明显。

4 结语

四明山矿针对井下采掘工作面传统防尘技术效果不佳的情况，利用喷雾、净化风幕等技术进行了综合防尘的治理工作。改进后的防尘效果不仅大幅提高，还保证了工作面安全高效的开采。在未来，空气幕墙、化学添加剂等科技水平更高的技术和设备将会用于矿井的防尘工作中。