安 增

(大同煤礦集團 晉華宮礦，山西 大同 037000)

我國煤炭儲量豐富，開采歷史悠久，在國有重點煤礦中70%以上都是高瓦斯礦井[1-2]。由于煤礦特殊的生產(chǎn)環(huán)境，在開采過程中的各個環(huán)節(jié)，均可產(chǎn)生大量粉塵，嚴重危害工人的身體健康。另外，巷道及采煤工作面內(nèi)通常存在大量沉積的煤塵，當煤塵達到爆炸下限濃度時，將存在煤塵爆炸危險，嚴重制約著礦井安全高效生產(chǎn)，尤其對高瓦斯易突出礦井來說，危害更甚[3-5]。因此，治理高瓦斯易突出礦井工作面礦塵尤為重要。本文針對晉華宮礦8718回風巷掘進工作面，提出綜合降塵技術(shù)，并進行效果評價，研究結(jié)果可為類似礦井提供依據(jù)和借鑒。

1 工程地質(zhì)概況

晉華宮礦8718工作面開采11號煤層，煤層平均厚度5.7 m，傾角6°，可采指數(shù)為1，屬于優(yōu)質(zhì)動力煤。工作面位于井下11號煤層307盤區(qū)，埋深約385 m，工作面推進長度為1 740 m，工作面長度為185 m，可采儲量170萬t，采用一次采全高綜放開采工藝。礦井瓦斯絕對涌出量為41.86 m3/min，相對涌出量為10.02 m3/t；二氧化碳絕對涌出量為57.1 m3/min，相對涌出量為13.67 m3/t；瓦斯含量為3.51 m3/t，煤層孔隙率為1.05%，原始水分含量為1.11%，吸水率為1.45%～2.21%，煤層普氏系數(shù)f=2～4，透氣性差，屬于典型的高瓦斯、易突出、難注水性煤層。為實現(xiàn)回采巷道掘進工作面降塵目的，本文提出以煤層動壓注水濕潤煤體降塵技術(shù)和粉塵濃度超限高壓外噴霧降塵技術(shù)為核心的掘進工作面綜合降塵系統(tǒng)，在8718回風巷掘進工作面進行試驗并進行效果評價。

2 煤層動壓注水濕潤煤體降塵技術(shù)

煤層注水是采前通過鉆孔將水注入工作面煤體的方式，潤濕煤體以減少煤塵的產(chǎn)生。根據(jù)瓦斯鉆孔性質(zhì)不同，煤層動壓注水濕潤煤體降塵技術(shù)可分為瓦斯測試孔動壓注水和瓦斯抽放孔動壓注水兩類。

2.1 瓦斯測試孔動壓注水

2.1.1 鉆孔布置方式

為防止瓦斯突出事故的發(fā)生，高瓦斯礦井工作面掘進前需進行突出危險性預測，在掘進工作面迎頭處布置若干個瓦斯測試孔。瓦斯測試孔的孔徑、孔深均符合動壓注水要求。因此，可利用此類鉆孔作為注水孔對煤層進行動壓注水。鉆孔布置如圖1所示。

圖1 煤層注水瓦斯測試孔鉆孔布置方式

1) 鉆孔深度：以掘進工作面日進度為依據(jù)，由于日進度為7 m，因此測試孔深度設(shè)計為12 m。

2) 鉆孔直徑：打瓦斯測試孔時，其鉆頭直徑為42 mm，成孔直徑在42 mm以上，滿足封孔器外徑要求。

3) 鉆孔間距：根據(jù)綜掘工作面防突要求，測試孔一般布置5個，孔間距0.8 m。

4) 鉆孔角度：平行于工作面沿煤層傾斜方向進行鉆孔。

5) 開孔高度：鉆孔布置在巷道中部，距巷道底部1.5 m左右。

2.1.2 封孔工藝及裝備

由于瓦斯測試孔數(shù)量為3～5個，孔深僅12 m，采用橡膠封孔器進行封孔時，從噴霧管路連接1個五通和5根高壓管便可完成注水管路布置，系統(tǒng)相對簡單，操作方便。

1) 封孔原理。當封孔器內(nèi)進入壓力水流時，由于水壓的作用，導致封孔器壁內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，封孔器向外膨脹，完成封孔過程。同時封孔器內(nèi)的壓力水從封孔器閥芯處流出，在瓦斯測試鉆孔內(nèi)沿煤裂隙濕潤煤體，從而達到注水濕潤煤體的目的。

2) 封孔設(shè)備。采用ZF-A22型橡膠封孔器封孔，封孔位置超過巷幫煤體破碎帶，深入煤體2～3 m。封孔器長1.2 m，其內(nèi)徑為22 mm，外徑為39 mm，額定工作壓力為12 MPa，如圖2所示。當預定的濕潤范圍內(nèi)的煤壁出現(xiàn)均勻滲出水珠時，停止注水。

圖2 橡膠快速封孔器

3) 封孔工藝。當瓦斯測試孔完成數(shù)據(jù)測試后，將封孔器插入到瓦斯測試孔內(nèi)，封孔器深入煤體2～3 m。采用高壓膠管將封孔器與高壓注水管路連接起來，在內(nèi)外壓差作用下，封孔器膨脹完成封孔作業(yè)。

2.1.3 注水工藝與設(shè)備

煤層動壓注水系統(tǒng)由BPW-80/16型礦用噴霧泵、GPS-780型自動控制水箱、ZF-A22型橡膠封孔器、SGS型雙功能水表及截止閥等組成，煤層注水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 煤層注水系統(tǒng)示意

2.2 瓦斯抽放孔動壓注水

2.2.1 鉆孔方式

瓦斯抽放孔的孔徑和孔深均符合動壓注水要求，可以利用此類鉆孔作為煤層注水孔進行動壓注水。

1) 鉆孔深度：瓦斯抽放鉆孔深度為60～80 m。

2) 鉆孔直徑：成孔直徑76 mm。

3) 鉆孔間距：根據(jù)掘進工作面防突要求，抽放孔一般布置3排，每排8個，孔間距0.4 m。

4) 鉆孔角度：平行于工作面沿煤層傾斜方向鉆孔。

5) 開孔高度：3排鉆孔分別距巷道底部0.8 m、1.5 m和2.2 m左右。

2.2.2 封孔工藝及裝備

煤層注水時，采用化學封孔材料進行封孔，布置一根注漿封孔管路即可，無需布置其他管路，封孔系統(tǒng)操作簡單、適用范圍廣。

1) 封孔原理。PD材料具有反應膨脹功能，可使得密封材料的膨脹藥力能夠在膨脹倍數(shù)不減小的情況下緩慢釋放，達到密封鉆孔的目的。

2) 封孔工藝。采用TBW-50/1.5型泥漿泵進行封孔，封孔系統(tǒng)如圖4所示。① 在抽放管一端挖花孔，在花孔上端2 m處纏繞上帶聚氨酯的毛巾，迅速將抽放管送進孔內(nèi)12 m；將組裝好的抽放管、注漿管塞入鉆孔內(nèi)，并在毛巾上纏繞聚氨酯，用木棍搗入孔口處；② 使用配套的注漿軟管與封孔泵的出料口和注漿管連接，并用鐵絲擰緊，同時將鉆孔與注漿管相連的球閥打開；③ 計算出封孔所需的漿液量，配置注漿液，以小桶為量杯按照推薦體積比在大桶中配置PD材料注漿液；④ 待聚氨酯凝固后，用容器將漿液加入封孔設(shè)備料斗中，開始注漿；待注不動時，停止注漿。

圖4 注漿封孔系統(tǒng)布置示意

2.2.3 注水工藝

注水工藝系統(tǒng)與瓦斯測試孔動壓注水系統(tǒng)相同。

3 粉塵濃度超限高壓外噴霧降塵技術(shù)

粉塵濃度超限自動噴霧降塵系統(tǒng)是通過粉塵濃度傳感器，連續(xù)實時監(jiān)測粉塵濃度變化，當粉塵濃度達到超限值以上時，噴霧降塵裝置將被自動開啟，以實現(xiàn)降塵目的。粉塵濃度超限高壓外噴霧降塵系統(tǒng)主要包括高壓泵站系統(tǒng)和粉塵超限自動噴霧控制系統(tǒng)。

1) 高壓泵站系統(tǒng)配置。高壓泵站系統(tǒng)主要由一泵一箱組成，安裝布置時，每間隔200 m設(shè)立1個硐室，將泵站安設(shè)在硐室內(nèi)，定期向前移動。該方法操作簡單，截割硐室間隔時間一般為20 d左右。

2) 粉塵超限自動噴霧控制裝置現(xiàn)場配套及布置。粉塵超限自動噴霧控制系統(tǒng)布置于泵站附近，控制箱安設(shè)在巷道邊緣，離地高度0.5 m，隨泵站移動；電磁閥接入泵站高壓輸入管路中，隨泵站移動；粉塵濃度傳感器放置于迎頭瓦斯傳感器附近，隨掘進機前移。粉塵濃度超限噴霧系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 掘進工作面粉塵濃度超限噴霧系統(tǒng)示意

4 綜合降塵技術(shù)試驗應用效果

在8718回風巷掘進工作面采用煤層動壓注水和粉塵濃度超限噴霧降塵進行了試驗，并根據(jù)《AQ1020-2006煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，對綜合降塵措施實施前后的司機位置處、距離掘進頭10 m和100 m處的粉塵濃度進行測試，評價降塵技術(shù)效果。測試結(jié)果見表1～表3所示。

表1 司機位置處總粉塵降塵效率

表2 離掘進頭10m處總粉塵降塵效率

表3 離掘進頭100m處總粉塵降塵效率

試驗表明，采用綜合降塵措施后，司機位置處的降塵效率為93.6%，距掘進頭10 m處的降塵效率為91.9%，距掘進頭100 m處的降塵效率為68.1%，有效解決了該工作面掘進時的粉塵污染問題，顯著改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié) 語

1) 針對晉華宮礦8718工作面煤層瓦斯含量高、可注性差、難濕潤的特點，提出煤層動壓注水濕潤煤體技術(shù)和粉塵濃度超限噴霧降塵技術(shù)，形成了一套高效、完整的掘進工作面綜合降塵系統(tǒng)。

2) 煤層動壓注水濕潤煤體降塵技術(shù)可分為瓦斯測試孔動壓注水和瓦斯抽放孔動壓注水兩類；粉塵濃度超限高壓外噴霧降塵技術(shù)主要采用粉塵濃度傳感器實現(xiàn)粉塵濃度的連續(xù)實時監(jiān)測，以達到降塵目的。

3) 采用綜合降塵措施后，8718回風巷掘進工作面司機位置處的降塵效率為93.6%，距掘進頭10 m處的降塵效率為91.9%，距掘進頭100 m處的降塵效率為68.1%，顯著改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。