综放开采工作面粉尘分布规律及防治技术

总第215期2021年第3期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 215No.3,2021
图1
测站及测点布置示意图
2.1监测结果分析
监测得到的各测点粉尘浓度监测见表1。

从监测
结果可出，工作面内粉尘浓度整体加高，特别是2号 测站中的1号、3号测点粉尘浓度较高，由于1号、3 号测点距与底板间距为1.5 m ,为现场作业人员呼吸 高度。

从监测结果看出，1~5号测站呼吸性粉尘的质 量浓度占比分别为 68.02%、66.6%、50.42%、76.07%、 63.29%,呼吸性粉尘占比较高。

表1
各测点粉尘的质置浓度监测结果
项目
湘||*上拍•&测点粉尘质量浓度/(mg_m_3)
iT i 'J im
1号2号3号4号平均值全尘1415.6388.6443.7389.6409.42
255.8259.7271.7268.1263.831128.7825.91182.41161.21074.64335.6339.8368.9344.6343.25404.3376.5366.2348.4373.9呼吸性
粉尘
1301.2267.4316.4268.9278.52
176.8170.5178.2177.2175.73560.5529.5569.5459.3579.74290.2267.3282.3182.6261.15
270.5
206.1
314.6
155.3
236.6
引目
随着煤矿生产能力的不断提升，综放工作面粉 尘产生量也随之增加，高浓度粉尘不仅制约煤炭开 采效率，而且给作业人员身体健康、煤炭开采安全带 来威胁[1—2]。

粉尘治理是提高煤矿生产效率、安全保
证能力以及改善作业人员工作环境的重要方面[M]。

文中以山西某矿1508综放开采工作面为工程背景， 采用现场实测法对工作面粉尘分布情况进行分析， 并针对工作面粉尘产生量过大问题，提出长孔注水 方式湿润煤层，现场应用取得较好效果。

1工程概况
山西某矿现开采的15号煤埋深平均520 m 、上 距9号煤间距平均为89 m 。

15号煤层赋存整体较为 稳定，全区可采。

15308综放工作面开采区域内15 号煤厚平均5.59 m ，中间有0~3层炭质泥岩夹矸(夹 奸总厚度约0.55 m ),顶板岩性以泥岩、砂质泥岩为 主，底板为粉砂岩。

15308综放工作面设计推进距离 680 m 、斜长90 m ,采高2.5 m 、放煤高度3.09 m 。

采 煤机单刀进尺为600 mm 。

2工作面粉尘浓度监测 2.1测点布置
为了掌握工作面粉尘分布情况，在采煤机上风 侧5 m ,米煤机位置及下风侧15 m 、30 m 、60 m 位置 布置5个测站对工作面不同位置粉尘浓度进行监 测，每个测站内均包含4个测点，其中1号、2号测 点与煤壁相距均为l _5m 、距底板分别为1.5m 、0.5m ， 用以监测机道空间范围内粉尘浓度;3号、4号测点 与1号、2号测点间距均为2 m ,距底板高度分别1.5 m 、0.5 m ，用以监测人行通道空间内粉尘浓度,具 体各测站布置见图1。

收稿曰期:2020-12-19
根据表1监测结果绘制采面切眼粉尘浓度分布
作者简介：曹凤前(1980—),男，本科，毕业于山东理工大学采曲线，其中0位置表示采煤机位置,具体见下页图2。

矿工程专业，注册安全工程师，现从事煤矿开采工作。

从图中看出，全尘、呼吸性粉尘分布规律大致相
测试与诊断技术
D01:10.16525/l4-1134/th.2021.03.057
综放开采工作面粉尘分布规律及防治技术
曹凤前
(中阳县应急管理局，
山西吕梁033400)
摘要：采用现场实测法对工作面粉尘浓度进行测定，并依据测定结果以及工作面布置方式提出在运输巷内
布置长距离注水钻孔以增加煤层含水率，达到降低粉尘浓度效果:，通过试验确定注水孔参数，经现场应用后， 煤层含水率均提高3%以上，工作面全尘、呼吸粉尘浓度降幅均超过50%,降尘效果显著。

关键词：综放工作面粉尘煤层注水含水率注水参数中图分类号:TD 714.4
文献标识码:A
文章编号：1003-773X
(2021 )03-0132-03
2021年第3期
曹凤前:综放开采工作面粉尘分布规律及防治技术•133.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
注水时间/h
图4注水孔时间-注水量变化曲线
从表2中看出，当与煤层间距在6〜8 m 时煤层 含水率增加至介于1.9%~1.3%,以煤层含水率增加 1.5%为标准，具体确定注水有效浸润半径为6m 。

因 此，注浆钻孔间距设计为12 m 。

3.3注水时间
在注水压力8 MPa 下对注水量随时间变化情况 进行监测，具体见图4。

从图中看出，注水时间在0〜60 h 内注水量随注 水时间成线性增加趋势，当注水时间超过60 h 后注
0.5
2
4
6
8
10
10
10
压力/MPa
图3注水孔压力-流量曲线
往注水压力(5~6 MPa ),分析主要是以往注水采用在 运输、回风巷内同时进行，注水孔深度一般在50m 左右，而15308工作面注水仅布置在运输巷一侧，注 水孔深度为80 m ，注水过程中受到的阻力大，从而 导致注水压力增加。

3.2注水孔间距
为了提高注水效率、降低注水工程量，通过现场 测试对注水间距进行确定[83。

以煤层含水率增加 1.5%作为煤层有效浸润标准，超前采面560 m 位置 布置注水钻孔，钻孔孔深75 m 、孔径为73 mm ,注水 压力8 MPa 、注水时间为10 h ,在距离注水孔2~10 m 范围内每隔2 m 布置一取样孔，取样分析含水率变 化情况，具体结果见表2。

表2
不同位置含水率变化情况
全尘
呼吸性粉尘
-5 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
测点距采煤机位置/ra
图2采面粉尘浓度分布曲线
当，在采煤机上风侧5 m 至采煤机位置范围内，随着 风流方向粉尘浓度呈降低趋势，至采煤机位置粉尘 浓度达到最低，此位置全尘、呼吸性粉尘质量浓度分
别为271.7 mg /m 3、178.2 mg /m 3;在采煤机下风侧随着 与采煤机间距的增加，粉尘浓度呈现先增加后降低 趋势，其中在距采煤机15 m 位置的测站位置监测到 的粉尘浓度最高，此位置全尘、呼吸性粉尘质量浓度 分别为1 182.4mg /m 3、569.5mg /m 3;随后粉尘质量浓度 呈明显降低趋势，到与采煤机相距30 m 时，全尘、呼吸 性粉尘质量浓度分别降低至368.9 mg /m 3、290.2mg /m 3。

结合采面生产情况以及切眼粉尘浓度监测结 果分析，采煤机上风侧5 m 位置粉尘浓度较高的主 要原因是由于综放支架移架造成的;采煤机下风侧 15 m 位置粉尘浓度较高主要是由于采煤机割煤、放 煤产生的粉尘较大引起的。

虽然在工作面已采取有 采煤机喷雾、综放支架喷雾等降尘措施，但是工作 面内粉尘浓度仍较高。

3煤层注水技术
注水可增加煤体含水率，从根本上降低工作面 粉尘量由于采面斜长为90 m ，为了降低注水孔工 程量，提出在运输巷内施工长注水钻孔对进行注水。

3.1注水压力
注水压力是煤层注水的重要参数，注水压力过 大会增加煤体破碎程度，甚至会破碎顶板岩层稳定 性，影响采面生产，压力过小则会弱化注水效果。

根 据15308注水条件并结合以往煤层注水经验，在 15308运输巷内距离回采迎头600 m 位置施工试验 L ，注水压力取值为2~14 MPa ,对不同注水压力下 的注水流量进行监测，具体获取到的压力-流量曲 线见图3。

从压力-流量监测曲线看出，当注水压力在 8 MPa 以下，注水量随着注水压力增加逐渐增加；当 注水压力达到8 MPa 时注水量出现拐点，随着注水 压力的增加，注水量基本保持稳定，因此钻孔注水压 力选择为8 MPa 。

现场试验确的煤层注水压力8 MPa 明显高于以
距注水孔间距/m
含水率增加值/%
212.5411.46 1.98 1.310
0.8
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水量缓慢增加。

单孔注水时间在60 h 时注水量可达 到255 m 3,可满足煤层注水需要，为此单孔注水时间 选择60 h 。

综合上述分析，15308综放工作面在运输巷单 侧布置注水孔、孔深为75 m 、间距12 m 、注水压力8 MPa 、注水时间60 h 。

4
粉尘防治效果分析
15308综放工作面采用长距离注水钻孔注水
后，在注水段内采用上文所示测站布置方式对切眼
内粉尘浓度进行测定，具体结果见图5。

「
_•-全尘浓度
—•一呼吸性粉尘浓度
-5 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
测点距采煤机位置/m
图5注水后采面粉尘浓度分布曲线
从图中看出，注水完成后切眼内粉尘浓度变化 曲线与注水前相近，但是粉尘浓度却显著降低，在采 煤机下风侧15 m 处粉尘浓度最高，此位置全尘、呼 吸性粉尘质量浓度分别为458 mg /m 3、189 mg /m 3,较 注水前降幅分别为57.4%、67.4%，其他的1号、2 号、4号、5号测站全尘浓、呼吸性粉尘浓度降幅分别 介于50%~65%、58%~69%,通过煤层注水取得显著 的粉尘防治效果。

5结论
1)采用现场实测法对15308综放工作面生产期 间粉尘浓度进行测量,发现在采煤机下风侧15 m 位 置粉尘质量浓度最高，其中全尘、呼吸性粉尘质量
浓度分别达到1 182.4mg /m \569.5 mg /m 3,分析此位 置粉尘质量浓度较高主要原因受采煤机割煤以及放 煤影响，在采煤机下风侧30 m 以外位置粉尘浓度虽 有所降低，但是全尘、呼吸性粉尘质量浓度仍可达到 368.9 mg /nr 'ZW .〗 mg /m 3,工作面现米用的采煤机高 压喷雾、液压支架喷雾降尘等措施不能达到有效的 降尘效果。

2) 根据工作面开采情况确定在运输巷内布置单 侧注水孔，通过增加煤层含水率来达到降低粉尘产 生量目的，并通过现场试验确定注水孔参数，具体 为：注水孔孔深75 m 、注水压力8 MPa 、间距12 m 、 注水时间60 h 。

3) 注水后煤层含水率达到3%以上，采面内粉尘 浓度得以明显降低，除采煤机下风侧15 m 位置粉尘 浓度较高外(全尘、呼吸性粉尘质量浓度分别为458
mg /m 3、189 mg /m 3),工作面其他位置的全尘、口乎吸性
粉尘质量浓度均控制在196 mg /W 、93 mg /nr 1以内，
取得了显著的粉尘防治效果。

参考文献
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(编辑:起靖)
Dust Distribution Law and Control Technology of the Fully
Mechanized Mining Face
Cao Fengqian
(Emergency Management Bureau of Zhongyang County , Lyuliang Shanxi 033400)
A b s tra c t ： The field m easurement method is used to determine the dust concentration of the mining surface, and according to the results and the layout of the m ining surface, it is proposed to increase the water content of the coal seam by arranging the long distance water injection borehole in the transportation roadway, so as to reduce the dust effect. The water content of coal seam is more than 3%, the concentration of total dust and respiratory dust is more than 50%, and the dust control effect is remarkable.
K ey w o rd s ： fully m echanized caving face; dust; coal seam water injection; water content; water injection param eters
134-
玑械賈理幵发*****************
第36
卷。