秦波涛教授：煤矿综采工作面活性磁化水喷雾降尘技术体系与应用

创新点

（1）针对煤尘疏水性强、水润湿凝并粉尘差的难题，研发了强湿润性活性磁化水降尘技术，提出了综采面活性磁化水高效雾化封闭主要产尘源的技术体系，构建了活性剂定量添加设备、磁化装置、水动力湿式除尘器、负压卷吸除尘器等组成的降尘工艺系统。

（2）针对现有水磁化装置磁场强度低、无法高效改善溶液湿润性能的难题，研发了煤矿降尘用水磁化装置；并结合活性添加剂及其定量供给系统，提出了煤矿井下综采面活性磁化水高效制备工艺。

（3）针对综采工作面采煤机、液压支架、转载处等主要产尘区域的粉尘易向井下空间大量逸散的难题，提出了矿井综采面尘源分区封闭喷雾降尘方法，并分别对3个主要产尘区域构建了较为封闭的降尘喷雾场。

煤矿综采工作面活性磁化水喷雾降尘技术体系与应用

作者：秦波涛1，周刚2，周群1，朱同功3，李广涛3，侯晋1，孙彪2

单位：1.中国矿业大学 安全工程学院；2.山东科技大学 安全与环境工程学院；3.平顶山天安煤业股份有限公司 十矿

背 景

煤炭作为我国基础性能源，自2018年起产量连续增长，2019，2020年原煤产量分别达到了38.5亿，39.0亿t。近年来，综采工艺已成为我国煤矿井下主要采煤方式，随着采煤机械化程度的提高，开采强度和生产集中度大幅提升，但随之也导致产尘量大幅度增加，致使井下环境更加恶劣。大量粉尘漂浮在井下风流中，不仅导致综采工作面能见度降低，影响正常生产，同时严重危害矿工身心健康。当前，我国每年死于尘肺病的煤矿工人数已远高于同期煤矿其他生产事故死亡人数总和。此外，高质量浓度粉尘场甚至会引发煤尘爆炸，造成严重的安全事故与经济损失。我国政府高度重视职业病防治工作，《“健康中国2030”规划纲要》中明确指出要推进职业病危害源头治理，遏制尘肺病高发势头，因此，高效防治粉尘已成为煤矿综采工作面安全生产所急需解决的问题。

目前，煤矿井下主要采用的控除尘技术有喷雾降尘、煤层注水、泡沫除尘等，尤其在喷雾降尘方面，由于其操作便捷、成本低廉，在煤矿综采工作面生产过程中应用最为广泛，虽然对井下粉尘起到了一定的防治效果，但由于煤尘本身具有较强疏水性，普通水喷雾难以快速有效润湿凝并煤尘，尤其对于人体危害最大的呼吸性粉尘；此外，由于煤炭开采深度不断加深，工作面规模不断增大，导致工作面需风量普遍较大，受空气流场影响，采用现有常规喷雾难以对采煤机割煤、移架等主要尘源点形成有效封闭雾场，无法有效阻隔煤尘由采煤机道向人行道逸散，难以满足煤矿综采工作面粉尘防治的需求。

摘 要

为高效防治煤矿井下综采工作面粉尘，针对现有水喷雾湿润凝并粉尘性能差、不能有效覆盖主要产尘源的问题，基于所研制的强湿润性活性磁化水与新型喷雾装备，提出了综采工作面活性磁化水雾化封闭尘源降尘技术体系，构建了主要由活性剂定量添加系统、磁化装置、水动力湿式除尘器、负压卷吸除尘器等组成的综采工作面高效降尘工艺系统。

论述了活性磁化水降尘技术体系的内涵及技术特点，同时从活性添加剂及其定量供给系统、高效磁化装置等方面研究了强湿润活性磁化水的高效制备技术，研发了能与磁化协同作用高效改善溶液湿润性能的新型活性添加剂。 结果表明所制备的活性剂溶液在质量分数为0.03%时,以4m/s的速度穿过磁场强度为300～350mT的脉动与螺旋扰流耦合磁场，产生的活性磁化水具有良好的湿润性能，与质量分数为0.03%的活性剂溶液相比，粉尘沉降时间减少了44.26%，降至34.5s。 此外，针对综采工作面采煤机、移架及转载点3个主要产尘源，研究了新型喷雾装备雾化降尘技术，分别形成了水动力除尘器与内外喷雾装置联动降尘方法、负压卷吸喷雾降尘方法、防尘罩与负压卷吸喷雾联动降尘方法，并对其技术原理、应用工艺等进行了阐述。 通过在平煤股份十矿24130智能综采工作面现场工程应用表明：该技术体系能大幅减少井下综采工作面粉尘质量浓度，其呼尘及全尘降尘效率分别达到85.3%,90.8%，显著改善了井下人员工作环境，同时有效提升了智能工作面监控视频清晰度，保障了地面人员对智能化设备的正常调控。

图 片

综采工作面活性磁化水雾化封闭降尘技术体系

不同活性剂湿润粉尘性能对比

活性添加剂定量供给系统

影响构建高效磁场的因素

不同磁化参数下活性剂溶液粉尘沉降时间变化

磁化装置

水动力除尘器雾化降尘效果对比

采煤机除尘器布置方式

液压支架雾化封闭装置

负压卷吸除尘器雾化效果

负压卷吸除尘器布置方式

转载处除尘装备布置方式

综采工作面活性磁化水与雾化封闭联合降尘应用工艺

不同喷雾降尘技术下全尘及呼尘平均降尘效率

采取不同降尘措施后采煤工作面环境

作者简介

秦波涛，男，1977年6月2日生，重庆忠县人，教授，博士生导师，江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室主任，国家重大人才工程项目入选者。国家安全生产专家组专家，矿井通风专委会秘书长；Water、采矿与安全学报等期刊编委。主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题等国家级项目；获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、江苏省科学技术一等奖1项、煤炭工业科学技术一等奖3项等，发表高水平学术论文100余篇，授权国内外发明专利45件。

研究方向

通风防灭火、热动力灾害防控、职业安全与健康

主要成果

长期从事矿山煤自燃火灾防治、热动力灾害防控、矿井粉尘防治等领域的工程科学研究。揭示了煤自燃低温氧化特性，提出了基于抑制煤活性结构防治煤自燃的化学阻化原理，研发了具有高扩散及强防灭火特性的三相泡沫阻化材料，发明了持久抑制煤自燃的大流量胶体泡沫防灭火技术，研制了以水泥、粉煤灰、促凝剂为基材的高倍数无机固化泡沫堵漏防灭火材料，为矿井煤自燃的高效防治提供了理论与关键技术支撑。为保障高瓦斯易自燃煤层的安全高效开采，开拓了煤自燃与瓦斯复合灾害灾变机理及灭火抑爆研究方向，提出了高瓦斯矿井煤自燃火灾环境高效灭火抑爆理论及关键技术。基于磁化与表面活性剂协同增效原理，提出了强湿润性活性磁化水高效降尘技术，构建了矿井高效喷雾降尘技术装备体系，为煤矿井下综采（掘）工作面粉尘高效防治开辟了新途径。

秦波涛，周刚，周群，等．煤矿综采工作面活性磁化水喷雾降尘技术体系与应用[J]． 煤炭学报，2021，46（12）：:3891-3901．

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