秦波濤教授：煤礦綜採工作面活性磁化水噴霧降塵技術體系與應用

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創新點

（1）針對煤塵疏水性強、水潤溼凝並粉塵差的難題，研發了強溼潤性活性磁化水降塵技術，提出了綜採面活性磁化水高效霧化封閉主要產塵源的技術體系，構建了活性劑定量新增裝置、磁化裝置、水動力溼式除塵器、負壓卷吸除塵器等組成的降塵工藝系統。

（2）針對現有水磁化裝置磁場強度低、無法高效改善溶液溼潤效能的難題，研發了煤礦降塵用水磁化裝置；並結合活性新增劑及其定量供給系統，提出了煤礦井下綜採面活性磁化水高效製備工藝。

（3）針對綜採工作面採煤機、液壓支架、轉載處等主要產塵區域的粉塵易向井下空間大量逸散的難題，提出了礦井綜採面塵源分割槽封閉噴霧降塵方法，並分別對3個主要產塵區域構建了較為封閉的降塵噴霧場。

煤礦綜採工作面活性磁化水噴霧降塵技術體系與應用

作者：秦波濤¹，周剛²，周群¹，朱同功³，李廣濤³，侯晉¹，孫彪²

單位：1.中國礦業大學 安全工程學院；2.山東科技大學 安全與環境工程學院；3.平頂山天安煤業股份有限公司 十礦

背 景

煤炭作為我國基礎效能源，自2018年起產量連續增長，2019，2020年原煤產量分別達到了38.5億，39.0億t。近年來，綜採工藝已成為我國煤礦井下主要採煤方式，隨著採煤機械化程度的提高，開採強度和生產集中度大幅提升，但隨之也導致產塵量大幅度增加，致使井下環境更加惡劣。大量粉塵漂浮在井下風流中，不僅導致綜採工作面能見度降低，影響正常生產，同時嚴重危害礦工身心健康。當前，我國每年死於塵肺病的煤礦工人數已遠高於同期煤礦其他生產事故死亡人數總和。此外，高質量濃度粉塵場甚至會引發煤塵爆炸，造成嚴重的安全事故與經濟損失。我國政府高度重視職業病防治工作，《“健康中國2030”規劃綱要》中明確指出要推進職業病危害源頭治理，遏制塵肺病高發勢頭，因此，高效防治粉塵已成為煤礦綜採工作面安全生產所急需解決的問題。

目前，煤礦井下主要採用的控除塵技術有噴霧降塵、煤層注水、泡沫除塵等，尤其在噴霧降塵方面，由於其操作便捷、成本低廉，在煤礦綜採工作面生產過程中應用最為廣泛，雖然對井下粉塵起到了一定的防治效果，但由於煤塵本身具有較強疏水性，普通水噴霧難以快速有效潤溼凝並煤塵，尤其對於人體危害最大的呼吸性粉塵；此外，由於煤炭開採深度不斷加深，工作面規模不斷增大，導致工作面需風量普遍較大，受空氣流場影響，採用現有常規噴霧難以對採煤機割煤、移架等主要塵源點形成有效封閉霧場，無法有效阻隔煤塵由採煤機道向人行道逸散，難以滿足煤礦綜採工作面粉塵防治的需求。

摘 要

為高效防治煤礦井下綜採工作面粉塵，針對現有水噴霧溼潤凝並粉塵效能差、不能有效覆蓋主要產塵源的問題，基於所研製的強溼潤性活性磁化水與新型噴霧裝備，提出了綜採工作面活性磁化水霧化封閉塵源降塵技術體系，構建了主要由活性劑定量新增系統、磁化裝置、水動力溼式除塵器、負壓卷吸除塵器等組成的綜採工作面高效降塵工藝系統。

論述了活性磁化水降塵技術體系的內涵及技術特點，同時從活性新增劑及其定量供給系統、高效磁化裝置等方面研究了強溼潤活性磁化水的高效製備技術，研發了能與磁化協同作用高效改善溶液溼潤效能的新型活性新增劑。

結果表明所製備的活性劑溶液在質量分數為0.03%時,以4m/s的速度穿過磁場強度為300～350mT的脈動與螺旋擾流耦合磁場，產生的活性磁化水具有良好的溼潤效能，與質量分數為0.03%的活性劑溶液相比，粉塵沉降時間減少了44.26%，降至34.5s。

此外，針對綜採工作面採煤機、移架及轉載點3個主要產塵源，研究了新型噴霧裝備霧化降塵技術，分別形成了水動力除塵器與內外噴霧裝置聯動降塵方法、負壓卷吸噴霧降塵方法、防塵罩與負壓卷吸噴霧聯動降塵方法，並對其技術原理、應用工藝等進行了闡述。

透過在平煤股份十礦24130智慧綜採工作面現場工程應用表明：該技術體系能大幅減少井下綜採工作面粉塵質量濃度，其呼塵及全塵降塵效率分別達到85.3%,90.8%，顯著改善了井下人員工作環境，同時有效提升了智慧工作面監控影片清晰度，保障了地面人員對智慧化裝置的正常調控。

圖 片

綜採工作面活性磁化水霧化封閉降塵技術體系

不同活性劑溼潤粉塵效能對比

活性新增劑定量供給系統

影響構建高效磁場的因素

不同磁化引數下活性劑溶液粉塵沉降時間變化

磁化裝置

水動力除塵器霧化降塵效果對比

採煤機除塵器佈置方式

液壓支架霧化封閉裝置

負壓卷吸除塵器霧化效果

負壓卷吸除塵器佈置方式

轉載處除塵裝備佈置方式

綜採工作面活性磁化水與霧化封閉聯合降塵應用工藝

不同噴霧降塵技術下全塵及呼塵平均降塵效率

採取不同降塵措施後採煤工作面環境

作者簡介

秦波濤，男，1977年6月2日生，重慶忠縣人，教授，博士生導師，江蘇省煤基溫室氣體減排與資源化利用重點實驗室主任，國家重大人才工程專案入選者。國家安全生產專家組專家，礦井通風專委會秘書長；Water、採礦與安全學報等期刊編委。主持國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金重點專案、國家重點研發計劃課題等國家級專案；獲國家技術發明二等獎1項、國家科技進步二等獎1項、江蘇省科學技術一等獎1項、煤炭工業科學技術一等獎3項等，發表高水平學術論文100餘篇，授權國內外發明專利45件。

研究方向

通風防滅火、熱動力災害防控、職業安全與健康

主要成果

長期從事礦山煤自燃火災防治、熱動力災害防控、礦井粉塵防治等領域的工程科學研究。揭示了煤自燃低溫氧化特性，提出了基於抑制煤活性結構防治煤自燃的化學阻化原理，研發了具有高擴散及強防滅火特性的三相泡沫阻化材料，發明了持久抑制煤自燃的大流量膠體泡沫防滅火技術，研製了以水泥、粉煤灰、促凝劑為基材的高倍數無機固化泡沫堵漏防滅火材料，為礦井煤自燃的高效防治提供了理論與關鍵技術支撐。為保障高瓦斯易自燃煤層的安全高效開採，開拓了煤自燃與瓦斯複合災害災變機理及滅火抑爆研究方向，提出了高瓦斯礦井煤自燃火災環境高效滅火抑爆理論及關鍵技術。基於磁化與表面活性劑協同增效原理，提出了強溼潤性活性磁化水高效降塵技術，構建了礦井高效噴霧降塵技術裝備體系，為煤礦井下綜採（掘）工作面粉塵高效防治開闢了新途徑。

來源：

秦波濤，周剛，周群，等．煤礦綜採工作面活性磁化水噴霧降塵技術體系與應用[J]． 煤炭學報，2021，46（12）：:3891-3901．

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