左冬元

(霍州煤電集團呂梁山煤電公司店坪煤礦，山西 呂梁 033100)

1 大采高綜采工藝發(fā)展現(xiàn)狀

大采高綜采工藝從20世紀60年代開始發(fā)展，但初期的應(yīng)用水平不高，后因煤礦科技的發(fā)展而變得成熟[1-2]。綜采設(shè)備與液壓支架的大量使用，也使得大采高綜采工藝的發(fā)展速度越來越快，但從現(xiàn)狀與實際應(yīng)用兩方面來說，這類工藝的具體適用條件較為復(fù)雜，且極易與放頂煤綜采工藝發(fā)生混淆，以致其在實際應(yīng)用時產(chǎn)生不合理與不科學的現(xiàn)象，應(yīng)用時的生產(chǎn)效能也會因此受到極大影響，其適用條件包括如下三點：

1) 煤層整體厚度大、厚度變化小且發(fā)育相對穩(wěn)定，煤層的最大厚度不應(yīng)高于6 cm，且實際平均厚度應(yīng)保持在4 m～5 m最佳。

2) 煤層頂?shù)装寰哂休^強的穩(wěn)定性，且強度在能滿足實際支護強度要求與支撐大采高支架為宜，同時，頂板應(yīng)有適當強度，不應(yīng)隨采隨冒，以避免發(fā)生工作面冒頂?shù)那闆r。

3) 煤層具有足夠強度，且無裂隙發(fā)育現(xiàn)象，這樣的煤層隨著實際采高的增加，其工作面片幫事故發(fā)生率不會過高。

2 大采高綜采工作面主要產(chǎn)塵源

大采高綜采工作面的主要產(chǎn)塵源有6種，包括采煤機的切割、進風流的污染、周期性移架、工作面片幫和頂?shù)装迕奥浜瓦\輸機的轉(zhuǎn)載以及載運。而采煤機作業(yè)是其中最主要的產(chǎn)塵工序，產(chǎn)塵量位居第二位的是工作面移架，雖然其發(fā)生的時間較短，但由于其隨采煤機的推進而進行，具有周期性，因此產(chǎn)塵量也較大[3-5]。

2.1 采煤機割煤時產(chǎn)生的粉塵

以滾筒采煤機為例，割煤時粉塵的形成原因有：

1) 采煤機滾筒在旋轉(zhuǎn)采煤過程中，其截齒截煤以及割煤的速度較穩(wěn)定，但由于截齒向前運動會對煤層產(chǎn)生擠壓作用，使其產(chǎn)生拉力以及應(yīng)變力，同時，由于在截齒刀尖前的煤被壓成壓固核，壓固核會在接觸應(yīng)力過大時破碎從而產(chǎn)生煤塵，而壓固核越大的煤層，其形成的粉塵也越多。

2) 滾筒采煤機的截齒會對煤層產(chǎn)生一定的沖擊，而在切割后被滾筒所拋出的煤，由于相互碰撞以及滾筒采煤機中的螺旋葉片在裝煤時所造成的二次破碎，所產(chǎn)生的煤塵也較多。除此之外，煤體或煤塊在滾筒采煤機內(nèi)通常會受到強烈的震動，極易使煤塊中的裂縫與間隙增加、擴大，使其變?yōu)楦〉拿簤K，同時也會產(chǎn)生煤塵。

3) 滾筒采煤機在經(jīng)過一段時間的運行后，其上的截齒會出現(xiàn)較大的磨損，如不及時更換，在截煤時截齒將無法起到切割作用，轉(zhuǎn)而對煤體產(chǎn)生研磨作用，因此產(chǎn)生大量的細微粉塵。

2.2 液壓支架移架時產(chǎn)生的粉塵

液壓支架在移架時，所產(chǎn)生的粉塵也較多。

1) 液壓支架在進行降柱作業(yè)時，頂梁脫離頂板的瞬間會掉落大量碎矸并產(chǎn)生粉塵，而這些粉塵將有大部分會進入風流。

2) 液壓支架在隨采煤機開采情況而向前移動時，頂板發(fā)生冒落或碎矸移動時，也會在液壓支架后部產(chǎn)生大量的揚塵。

3) 液壓支架在先前移動的過程中，其頂梁以及掩護梁上的碎矸有時會從液壓支架之間的縫隙中掉落，其中的粉塵因此進入風流，從而對工作面的風流產(chǎn)生嚴重的污染。

3 大采高綜采工作面產(chǎn)塵機理分析

在采煤機采煤的過程中，煤體所受的壓力以及切割使其被擠壓發(fā)生變形，其煤層結(jié)構(gòu)也由此受到破壞，而采煤之后的裝載、卸載和儲運過程中所產(chǎn)生的強烈震動都會產(chǎn)生大量的漂浮性粉塵。同時，即便是在同一礦井與生產(chǎn)工序中，由于工作面布置方式與地質(zhì)條件、通風系統(tǒng)設(shè)置等外界因素的影響，在不同時間以及地點所產(chǎn)出的灰塵數(shù)量也會隨之變化，圖1是大采高綜采工作面粉塵的來源圖，其粉塵的產(chǎn)生機理主要有以下6種形式。

圖1 大采高綜采工作面粉塵來源圖

3.1 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝對于粉塵數(shù)量來說是較重要的影響因素之一，在多源漏風的條件下，割煤、支架移動以及攉煤的工序會在開采工作面產(chǎn)生大量的積塵與浮塵。

采煤機割煤是最主要的產(chǎn)塵工藝。采煤機割煤時所產(chǎn)生的粉塵濃度不定，隨割煤速度以及采煤機的位置而產(chǎn)生動態(tài)變化。

3.2 煤體結(jié)構(gòu)被破壞

煤體結(jié)構(gòu)的破壞和粉塵的產(chǎn)生都與煤體自身結(jié)構(gòu)和煤塊在運輸過程中所受到的震動有關(guān)。

3.3 各轉(zhuǎn)載點處由于誘導氣流的作用而產(chǎn)生的懸浮性粉塵

由于誘導氣流以及皮帶機牽引力的影響，皮帶機卸料處以及轉(zhuǎn)載點會產(chǎn)生大量粉塵，同時，由于物料轉(zhuǎn)載時所產(chǎn)生的紊亂空氣流較強，極易使得煤塊上被吸附的細小粉塵被激起并在巷道內(nèi)懸浮。

3.4 通風進入的粉塵

采煤機在采煤時，其切割頭旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的力能使煤體破碎，煤塊也會因此落下，而在風流的壓力作用下，部分粉塵會因此被帶入，以懸浮狀態(tài)存在于風流中，并隨風流方向而擴散。

3.5 運輸性粉塵

被開采煤層在受到震動以及漏風作用的影響后，煤體出現(xiàn)破碎從而產(chǎn)生粉塵，而在煤塊運輸過程中煤體常出現(xiàn)二次破碎現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使得作業(yè)現(xiàn)場的粉塵量大幅增加，約占工作面總產(chǎn)量的十分之一。

4 大采高綜采工作面粉塵質(zhì)量濃度分布特征

以采煤工作面的主要生產(chǎn)工藝特點為根據(jù)，分別在四處地點布置了測點以測量粉塵質(zhì)量濃度，包括采煤機下風側(cè)10 m處、采煤機司機處以及移架司機處和工作面回風巷超前10 m～15 m處。而在測量方法方面，選用的是濾膜質(zhì)量測塵法，主要通過計算采樣前、后采氣量與濾膜質(zhì)量差的比值，以此來得到粉塵質(zhì)量濃度。對于粉塵采樣儀器的選用，大采高綜采通常選用 AKFC-92A型礦用粉塵采樣器，因為這種粉塵采樣器操作較為簡便，且能將呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵相分離，之后，再通過濾膜以及采樣、稱重與計算等測試步驟來測定粉塵質(zhì)量濃度，以此來確定4個測點處的粉塵粒徑以及粉塵質(zhì)量濃度，表1為某地煤礦采煤工作粉塵質(zhì)量濃度測定結(jié)果，第155頁圖2為某煤礦各測點粉塵粒徑分布圖。

表1 采煤工作粉塵質(zhì)量濃度測定結(jié)果

大采高綜采工作面粉塵的產(chǎn)生主要有兩個來源：液壓支架移架工序和采煤機割煤工序。從表1的數(shù)據(jù)來看，移架工序所產(chǎn)生的粉塵質(zhì)量濃度最高，其次是采煤機下風側(cè)10 m處。由于產(chǎn)塵機理的差異，呼吸性粉塵在移架工序所產(chǎn)生的粉塵中所占比例為47.27%，與采煤機產(chǎn)塵相比，其中呼吸性粉塵所占的比例較高?？偟膩碚f，粉塵質(zhì)量濃度較高的地方也是靠近主要塵源的地方，該地呼吸性粉塵的濃度也較高，而在遠離主要塵源的地方，粉塵大多依靠風流擴散，依風流的強弱而發(fā)生不同程度的粉塵沉降作用。在采煤機司機處，粉塵質(zhì)量濃度進一步下降，但依然高于國家所規(guī)定的呼吸性粉塵質(zhì)量濃度限值。

5 大采高綜采工作面粉塵分散度分布特征

粉塵分散度對于衡量粉塵的顆粒大小與組成結(jié)構(gòu)非常重要，是大采高綜采工作面粉塵分布的重要指標之一，而粉塵的大小、組成對粉塵的化學、物理性質(zhì)影響極大，因此，大采高綜采工作面粉塵分散度分布的研究重點主要是粉塵的分散度。對粉塵分散度的研究主要通過數(shù)據(jù)采集、分析完成，通常會在采煤工作面布置4個粉塵收集點，包括采煤機下風側(cè)綜采架、采煤面行人巷以及采煤面工人口罩濾棉和輸送帶架處。測定儀器選擇HYL-2076 型激光粒度分布儀，在測量時需注意要使用純凈水為介質(zhì)，將粉塵樣品倒入循環(huán)樣品池，在進行智能測量前還需設(shè)置測量結(jié)果輸出格式。

統(tǒng)計前需根據(jù)工礦企業(yè)粒度分級標準進行分級，同時以測試結(jié)果為根據(jù)，來統(tǒng)計各測點的粒徑分布，以此來獲得各級粉塵的分散度，表2為某煤礦工作面粉塵分散度。

表2 工作面粉塵分散度

6 降塵除塵措施

大采高綜采的工作面粉塵分布總體來說較多，因此防塵降塵措施至關(guān)重要。大采高綜采工作面由于開采方式以及支護方式、地質(zhì)構(gòu)造和煤體結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，所產(chǎn)生的粉塵數(shù)量通常較多，而采煤機割煤以及支架的移動和放頂煤與落煤都是產(chǎn)塵的主要因素。所以，大采高綜采工作面的作業(yè)方式應(yīng)盡量采取濕式作業(yè)，再以稀釋、通風除塵和排除工作區(qū)域內(nèi)的積塵、浮塵等為輔，增加其降塵效果。

6.1 調(diào)節(jié)大采高綜采工作面風量

由對采煤機的逆風割煤與順風割煤作業(yè)進行的分析可知，采煤機在割煤過程中受風流因素的影響最大，這使得粉塵濃度經(jīng)風流擴散在一定距離內(nèi)達到最高峰，所以，調(diào)節(jié)工作面風量能稀釋和排除工作區(qū)域內(nèi)的沉積和懸浮粉塵，并防止粉塵因風流而沉積聚集。調(diào)節(jié)大采高綜采工作面風量的方法，是將風速監(jiān)測探頭設(shè)置在回風巷道以及主進巷道中風量變化較大的區(qū)域，對各巷道的風量以及風速變化進行實時監(jiān)測。

6.2 進行濕式除塵作業(yè)

在使用采煤機進行割煤作業(yè)前，應(yīng)對煤體進行預(yù)先性注水，使煤體濕潤，從而在根源上有效減少粉塵的生成，避免粉塵產(chǎn)生彌散效應(yīng)。另外，支架在移動過程中也會生成大量粉塵，為了減少粉塵的生成數(shù)量，增強采煤機的內(nèi)外噴霧效果是一個行之有效的措施，并利用支架以及轉(zhuǎn)載點、溜煤眼等處得噴霧降塵裝置來進行灑水作業(yè)，從而使浮塵隨水依附在巖石以及煤塊的表面，使用灑水法能將工作面內(nèi)的浮塵數(shù)量減少30%～60%。除此之外，在大采高綜采工作面的回風巷內(nèi)安裝噴霧降塵水幕也是有效降低浮塵數(shù)量的方法之一，但降塵水幕裝置的檢修周期不得超過7 d，且最好是在進行放炮作業(yè)或巷道中粉塵濃度過高時再使用。

7 結(jié)語

通過布置粉塵濃度監(jiān)測點并對獲得的檢測數(shù)據(jù)進行分析，從而得到大采高綜采工作面的粉塵分布特征，結(jié)合粉塵濃度而提出的降塵除塵措施也能有效減小礦井內(nèi)的粉塵濃度，以此來改善工作面的工作環(huán)境，預(yù)防煤塵爆炸，促進礦井安全生產(chǎn)。