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★ 煤矿安全 ★

大柳塔矿掘进面多级除尘工艺改进及实践

孙祺钰

(国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司,陕西省榆林市,719315)

摘 要 随着煤矿机械化程度进一步提升,机械设备功率逐步加大,截割煤体、岩体过程中产生粉尘逐步增加,给员工身体健康带来危害。以大柳塔煤矿双巷掘进工作面为研究对象,制定了由KCS-700D湿式除尘风机、机载控尘系统和局部通风机供风的综合除尘工艺。新工艺系统使得作业点处的总粉尘除尘率提高到90%~95%,呼吸性粉尘除尘率提高到80%~85%,同时还减轻了传统降尘工艺给员工带来的劳动强度。

关键词 掘进工作面 粉尘浓度 除尘工艺 除尘率 劳动强度

煤矿粉尘是煤矿五大灾害之一,不仅威胁着矿井的安全生产,引起粉尘爆炸,加速井下机械设备的磨损,还严重危及矿工的身心健康[1]。由于矿井采掘通风等状况不同,各生产环节产生的粉尘浓度也不同,根据统计,采煤工作面约占45%~80%,掘进工作面约占20%~38%[2]。随着矿井采掘机械化程度提高,矿井向高效化生产方式发展,粉尘产生量明显增加[3]。据了解,综掘工作面产生的高粉尘浓度可达2500 mg/m3,在缺少粉尘治理措施时,高浓度的粉尘浓度不仅制约着煤矿安全高效生产,更影响着井下工人的身心健康[4-5]

笔者以大柳塔煤矿双巷掘进工作面为研究对象,采用多级粉尘治理工艺,提高掘进面粉尘治理效果。

1 国内煤矿粉尘主要防治技术

煤矿粉尘防治主要从采动前煤体注水提高润湿性、采动时控制产尘源头和减少粉尘传播3方面考虑。主要形成以下几种技术[6-7]:(1)湿润煤体防尘,把高压水注入原煤体湿润原生粉尘,降低煤体产尘能力;(2)通风除尘,是指采用通风技术手段和设施降低风流中的粉尘浓度;(3)喷雾降尘,是向悬浮的粉尘喷射水雾与粉尘颗粒结合,利用重力减少粉尘持续传播的能力,常用于采掘机械切割、装运等生产环节中,常在水中添加降尘剂或磁化普通水源来提高除尘效果;(4)除尘器除尘,是利用专用设备或系统将井下空气中的粉尘分离并捕集,设备有干式除尘器、半干式除尘器、湿式除尘器3类;(5)个体防护,是井下作业人员使用防尘口罩和其他防尘设施,从而实现个体防护的目的。

但以上单一性的除尘技术很难达到很好的除尘效果,因此很多矿井掘进工作面常采用长压短抽通风除尘、除尘风机除尘和掘进机内外喷雾组成除尘系统,粉尘浓度仍然不达标[8]

2 大柳塔矿双巷掘进面原除尘工艺

2.1 大柳塔矿概况

大柳塔矿地处于神府煤田的神东矿区中心地带,由大柳塔井和活鸡兔井组成。大柳塔井田东西长10.5~13.9 km,南北宽9.1~10.5 km,核定生产能力1800 Mt/a,采用抽出式通风方法。大柳塔井属于瓦斯矿井,煤尘具有强爆炸性,煤尘爆炸指数均大于30%。大柳塔井的52504运输巷和52505回风巷为全煤巷掘进工作面,采用双巷掘进工艺,巷宽度分别为6.0 m和5.4 m,高度4.2 m,净断面积约19~20 m2。掘进期间,采用连续采煤机—梭车工艺系统,通风系统52505回风巷为进风风流,52504运输巷为回风风流,全风压风流可以引到距离掘进工作面100~150 m的联巷。

2.2 掘进面原除尘工艺

大柳塔煤矿原双巷掘进工作面采用长压短抽混合式通风方式,与KCS-1000D湿式除尘风机联合通风除尘,如图1所示。双巷掘进工作面压入式局部风机采用DBKJ№6.0,吸风量396 m3/min,出风量382 m3/min,风筒出口距离工作面迎头距离为20~25 m。KCS-1000D湿式除尘风机放置于破碎机后胶带架子上,随着破碎机的移动而移动,安装位置距离工作面迎头60~110 m,采用直径为800 mm的负压钢圈风筒,抽风口风量为671 m3/min,出风口风量684 m3/min,压入式与抽出式风筒重叠区域风量为289 m3/min,重叠区域风速为0.25 m/s。

图1 掘进工作面原除尘工艺系统布置

3 掘进面粉尘治理工艺改进及效果

3.1 综掘面局部通风参数改进

根据长压短抽通风除尘要求,压入式风筒口距工作面的距离抽出式风筒吸风口距工作面的距离压入式风筒与除尘吸风风筒的重叠长度其中S为巷道净断面。把双巷掘进面的净断面积19~20 m2代入公式可得:L1≤21.8~22.4 m,L2≤6.5~6.7 m,L3≥8.7~8.9 m。

3.2 大柳塔矿掘进面粉尘治理工艺改进

为解决原掘进面除尘工艺效果不佳的问题,大柳塔矿对掘进面原除尘工艺进行了改进,采用综合除尘工艺,在粉尘产生和传播的不同区域、不同时间段采用多种除尘技术相结合,由湿式除尘风机、机载控尘系统和长压短抽局部通风机联合组成。机载控尘系统由吸风器、集尘箱、气幕控尘装置、吸风口和风道组成。吸风器采用井下压风系统作为动力,无任何运动部件,高速风压经过6个文氏管形成负压区域,输出180~210 m3/min风量。吸风口安装在截割部两侧、运输机左侧上方,吸风风道采用煤矿用DN50 mm软管制作,软管用DN150 mm型钢管保护,通过风道和粉尘源头布置的吸风口经负压区将粉尘收集至除尘箱,在除尘箱内经过两道过喷雾、过滤网和S型过滤器将粉尘沉淀,泥水最后由排水口排出,如图2所示。

气幕控尘装置是利用流体力学的基本原理,通过输入压缩空气作为动力,流量为70~80 m3/min的高速空气从半月形腔口内壁喷出,产生高速运动的扇形气膜,形成强大的气幕墙。气幕墙把掘进割煤区域与司机工人工作区域隔离,将粉尘封闭在截割滚筒处而不外溢。机载控尘系统井下布置如图3所示。

1-文氏管;2-护罩;3-喷雾杆;4-过滤网;5-除尘箱;6-出水口;7-S型风道;8-供风风道
图2 机载控尘系统的吸风器和除尘箱示意图

为了避免出现循环风、压入式和除尘风筒重合段无风流,压入风筒的风量与除尘风机吸风量按照Q=(1.2~1.3)Q估算,掘进面供风量由局部通风机、吸风除尘器和气幕控尘装置提供,代入以上供风风量计算得到湿式除尘风机吸风量宜控制在564~588 m3/min,考虑漏风系数,湿式除尘风机选择风量为700 m3/min的KCS-700D型号。

图3 机载控尘系统井下布置

3.3 工艺改进后的效果分析

改进后的除尘系统,试验地点选择大柳塔煤矿52505回风巷和52504运输巷的掘进工作面。粉尘浓度测试点选取连采机司机作业点、司机作业点后5 m和司机作业点后15 m处的3个地点,采用GH100直读式粉尘浓度测定仪,2019年3月2日、3月10日、3月28日进行了第1次、第2次和第3次现场测试,取平均值,每次测试时间2 min,流量15 L/min。3次测试结果见表1、表2和表3。

表1 2019年3月2日第1次现场测试数据表

测尘地点粉尘类别除尘设备未开启的粉尘浓度值/(mg·m-3)原工艺的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%工艺改进后的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%煤机司机作业点总粉尘232.4467.1771.108.8896.18呼吸性粉尘28.3015.9443.693.5287.56煤机后5 m总粉尘124.5857.9953.458.6793.04呼吸性粉尘16.2610.6734.362.5684.24煤机后15 m总粉尘49.7726.7946.184.4691.03呼吸性粉尘7.305.1130.071.4480.30

表2 2019年3月10日现场测试数据表

测尘地点粉尘类别除尘设备未开启的粉尘浓度值/(mg·m-3)原工艺的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%工艺改进后的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%煤机司机作业点总粉尘118.3738.9467.106.8694.20呼吸性粉尘12.276.9043.771.7785.52煤机后5 m总粉尘54.1629.1346.215.0290.73呼吸性粉尘8.996.0432.811.5682.68煤机后15 m总粉尘24.0511.9250.433.1087.09呼吸性粉尘5.623.2641.941.1679.44

表3 2019年3月28日现场测试数据表

测尘地点粉尘类别除尘设备未开启的粉尘浓度值/(mg·m-3)原工艺的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%工艺改进后的除尘系统开启测定的粉尘浓度值/(mg·m-3)除尘率/%煤机司机作业点总粉尘97.4430.668.6010.9788.74%呼吸性粉尘18.826.7664.081.2293.52%煤机后5 m总粉尘43.1925.5440.875.5187.24%呼吸性粉尘7.685.7724.871.0686.20%煤机后15 m总粉尘19.8911.6241.584.179.39%呼吸性粉尘4.942.6646.151.3373.08%

从现场测试地点得出的数据分析,随着与煤机司机作业点距离增加,总粉尘和呼吸性粉尘浓度越来越小,原除尘工艺除尘效果仍然无法达到《煤矿安全规程》规定标准,改进后的除尘系统在掘进工作面不同地点,大大提高了除尘效率,尤其是总粉尘浓度除尘效果明显好于呼吸性粉尘除尘效果,越靠近司机作业点除尘率越高,司机作业点的总粉尘浓度除尘率提高到90%以上,呼吸性粉尘浓度除尘率提高到80%以上,新的除尘工艺主要是吸风量比原除尘系统有较大幅度的增加,约增加吸风量400 m3/min,使煤机截割过程中产生的粉尘自由扩散机会大大减少,粉尘产生后及时被除尘系统吸走,从而大幅降低粉尘漂移的机会,直接表现在总粉尘数据有明显减小,降尘效率在95%左右。新除尘工艺系统相较原除尘工艺系统的除尘率能起到大幅增加的效果,最高增加了50%。在不同级别的粉尘中,改进后的除尘系统对于呼吸性粉尘的除尘率有显著的提高作用。

4 结论

从煤机不同地点测试结果看,改进后除尘工艺系统对不同级别分布的粉尘浓度除尘率都有显著的提高,提高幅度达到20%~50%。不同级别、不同范围内的粉尘浓度的除尘率不同,靠近作业司机附近的总粉尘浓度除尘率达到90%以上,呼吸性粉尘浓度除尘率达到85%以上,随着与粉尘源头的距离增加,除尘率略有所降低,但全粉尘除尘率仍然保持在90%以上,呼吸性粉尘浓度除尘率保持在80%左右。对于同一地点而言,总粉尘浓度的除尘率整体高于呼吸性粉尘的除尘率,呼吸性粉尘除尘率增幅大于总粉尘除尘率增幅。呼吸性粉尘除尘率的提高能更有效地改善作业点的职业健康环境。

参考文献:

[1] 刘向升.综放工作面支架喷雾降尘装置的选择及优化[D].青岛:山东科技大学,2007.

[2] 杨胜强.粉尘防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009.

[3] 杨俊哲.神东矿区综合防尘技术及应用[J].煤炭科学技术,2015(11):54-59.

[4] 周刚.综放工作面喷雾降尘理论及工艺技术研究[D].青岛:山东科技大学,2009.

[5] 程卫民,刘向升,阮国强,等.煤巷锚掘快速施工的封闭控尘理论与技术工艺[J].煤炭学报,2009,34(2):203-207.

[6] 陈明军.长压短抽除尘系统在小断面岩巷综掘巷道的应用研究[J].煤矿机械,2015, 36(5):226-228.

[7] 何鹏程.综掘工作面综合降尘技术研究[D].西安:西安科技大学,2015.

[8] 聂文,程卫东,郭允相,等.综掘面空气幕封闭式除尘系统的研究与应用[J].煤矿安全,2009,40(3):19-22.

Research on improvement and practice of multistage dust removal technology in driving face of Daliuta Mine

Sun Qiyu

(Shendong Coal Group Co., Ltd., China Energy Group, Yulin, Shaanxi 719315, China)

Abstract With the further improvement of coal mine mechanization, the power of mechanical equipment is gradually increased, and the dust generated in the process of cutting coal and rock mass gradually increases, which is harmful to the health of employees. Taking Daliuta Coal Mine double-roadway driving face as the research object, the multistage comprehensive dust removal technology was adopted in the driving face, forming a combined system of KCS-700D wet dust removal fan, onboard dust control system and local fan. The new technology system could increase the total dust removal rate to 90%~95% and the respirable dust removal rate to about 80%~85%. At the same time, it also could reduce the labor intensity brought by the traditional dust removal process.

Key words driving face, dust concentration, dust removal process, dust removal rate, labor intensity

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引用格式:孙祺钰. 大柳塔矿掘进面多级除尘工艺改进及实践[J].中国煤炭,2020,46(11)∶74-77. doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.11. 011

Sun Qiyu. Research on improvement and practice of multistage dust removal technology in driving face of Daliuta Mine [J].China Coal, 2020,46(11)∶74-77. doi:11.19880/j.cnki.ccm.2020.11. 011

中图分类号 TD714.4

文献标识码 A

作者简介:孙祺钰(1968-),男,山西繁峙人,工程师,现在国家能源集团神东煤炭集团公司大柳塔煤矿从事“一通三防”管理工作。E-mail:963537040@qq.com。

(责任编辑 张艳华)