綜掘工作面綜合降塵技術(shù)在葛泉礦的應(yīng)用

白蘭永 王 寬 周福寶 劉應(yīng)科

(1.冀中能源股份有限公司葛泉煤礦,河北省沙河市,054102;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221008)

綜掘工作面綜合降塵技術(shù)在葛泉礦的應(yīng)用

白蘭永1王 寬2周福寶2劉應(yīng)科2

(1.冀中能源股份有限公司葛泉煤礦,河北省沙河市,054102;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221008)

為了解決綜掘工作面的粉塵危害問題,在分析了多種單一降塵措施的不足之處的基礎(chǔ)上,提出了一套完整的、在空間和作用上均具有串、并聯(lián)結(jié)構(gòu),集防塵、降塵于一體的綜合降塵技術(shù)。該技術(shù)綜合運(yùn)用了煤體注水防塵技術(shù)、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)、高壓添加劑噴霧降塵技術(shù)以及除塵風(fēng)機(jī)等,在葛泉礦11912運(yùn)料巷綜掘工作面進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,結(jié)果表明,無(wú)防、降塵措施掘進(jìn)時(shí),平均全塵濃度為631.2 mg/m3,應(yīng)用綜合降塵技術(shù)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度降到51.41 m g/m3,降塵效率達(dá)91.85%。

綜掘工作面 粉塵 綜合降塵技術(shù)

礦塵是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一。礦塵中的煤塵在特定條件下會(huì)發(fā)生爆炸,易導(dǎo)致重特大事故的發(fā)生,給企業(yè)和國(guó)家?guī)?lái)巨大的災(zāi)難和損失;而且礦塵易造成塵肺病,給礦工的人身安全、健康帶來(lái)嚴(yán)重危害。近年來(lái)隨著掘進(jìn)工作面機(jī)械化水平的提高,綜掘工作面的粉塵災(zāi)害愈來(lái)愈嚴(yán)重。因此,有效控制和降低綜掘工作面的粉塵濃度,杜絕煤塵事故,對(duì)促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)、保障礦工健康具有重大意義?，F(xiàn)有的降塵技術(shù)如煤體注水、噴霧降塵、除塵風(fēng)機(jī)除塵等,雖然都起到了一定的降塵作用,但也都受自身因素影響,降塵效率不高。如煤體注水技術(shù),由于潤(rùn)濕效果受注水時(shí)間、注水孔數(shù)量及長(zhǎng)度、鉆孔周邊的裂隙情況、煤體的親水性、煤體的透氣性以及封孔技術(shù)等諸多因素的影響,使得防塵效果較不穩(wěn)定;采用噴霧除塵時(shí),由于井下水壓及噴頭的霧化效果有限,降塵效果不佳,而且含塵的霧滴隨風(fēng)流飄落、沉降在物體表面風(fēng)干后,粉塵滯留在物體表面,易造成二次揚(yáng)塵;采用除塵風(fēng)機(jī)除塵,對(duì)呼吸性粉塵降塵效果較差,同時(shí)由于風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量有限,當(dāng)工作面風(fēng)量偏大時(shí),除塵效果不佳。所以,單純地采用一種降塵技術(shù)無(wú)法達(dá)到理想的降塵效果。為了有效地提高綜掘工作面的降塵率,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課題組針對(duì)綜掘工作面的產(chǎn)塵現(xiàn)狀,提出了綜合運(yùn)用多種措施對(duì)綜掘工作面進(jìn)行降塵的思路,在葛泉礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 礦井概況

葛泉礦位于沙河市下解村附近,開采水平為-150 m,主采9#煤,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為30萬(wàn)t/a,礦井服務(wù)年限為22年,為低瓦斯礦井。目前葛泉礦東井現(xiàn)有兩個(gè)綜掘工作面,分別為11912軌道巷掘進(jìn)工作面和11912運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面,均為全煤掘進(jìn)工作面。由于該礦煤質(zhì)堅(jiān)硬,硬度系數(shù)可達(dá)2～4,機(jī)械化開采程度高,開采強(qiáng)度大。因此,兩綜掘工作面在無(wú)防塵措施生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)塵量較大,平均全塵濃度達(dá)631.2 mg/m3,工作面10 m范圍內(nèi)能見度不到2 m。為了防止綜掘工作面瓦斯超限,綜掘工作面風(fēng)量偏大,導(dǎo)致粉塵運(yùn)動(dòng)速度較高,粉塵分散度較大,無(wú)法進(jìn)行集中降塵。采用水噴霧、灑水降塵技術(shù)后,由于煤塵親水性差,降塵效果較差。為了有效地降低綜掘工作面的粉塵濃度,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課題組針對(duì)葛泉礦綜掘工作面的實(shí)際情況,提出了綜合降塵技術(shù),該技術(shù)包括煤體注水、柔性附壁風(fēng)筒等防塵措施和高壓添加劑噴霧、除塵風(fēng)機(jī)等降塵措施。

2 綜合降塵技術(shù)

由于該礦煤塵疏水性較強(qiáng),課題組首先采用了煤體注水技術(shù)預(yù)濕煤體。該技術(shù)是重要的防塵措施,注入的水分一方面可沿鉆孔周邊裂隙預(yù)先潤(rùn)濕煤體內(nèi)的原生煤塵,另一方面可通過(guò)虹吸現(xiàn)象有效地潤(rùn)濕、包裹住鉆孔周邊煤體的各個(gè)細(xì)小部分。落煤后還可使煤體在裝載、運(yùn)輸、提升到地面等過(guò)程中保持潤(rùn)濕性。該技術(shù)具有一定的輔助防塵作用。

為了降低風(fēng)筒末端出口風(fēng)速,并借助風(fēng)幕的阻隔作用滯留大量的粉塵,以利于高壓添加劑噴霧集中降塵,可在普通風(fēng)筒前端添加一段柔性附壁風(fēng)筒。該風(fēng)筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝拆卸方便,可對(duì)風(fēng)流進(jìn)行自然導(dǎo)向和分配,使風(fēng)流形成良好的附壁效應(yīng),具有良好的輔助降塵作用。柔性附壁風(fēng)筒的添加沒有改變掘進(jìn)工作面原有風(fēng)量,但降低了附壁風(fēng)筒末端出風(fēng)口處的風(fēng)速,減緩了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵向巷道后方擴(kuò)散的速度,使得大量的粉塵在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前方滯留和積聚,為高壓添加劑噴霧有效地作用于粉塵贏得了充足的時(shí)間;同時(shí)使得從附壁風(fēng)筒條狀導(dǎo)風(fēng)管出來(lái)的風(fēng)流沿巷道壁形成具有一定動(dòng)能的螺旋狀風(fēng)流,產(chǎn)生良好的附壁效應(yīng),抑制粉塵飛揚(yáng),見圖1(a)。為了增加空氣帷幕滯留粉塵的效果,又在掘進(jìn)機(jī)尾部安裝了濕式除塵風(fēng)機(jī)。當(dāng)除塵風(fēng)機(jī)與柔性附壁風(fēng)筒同時(shí)使用時(shí),柔性附壁風(fēng)筒產(chǎn)生的螺旋狀風(fēng)流就會(huì)在除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口抽吸作用下使自身的動(dòng)能大大增加,可在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)工作區(qū)前方建立起一道可阻擋粉塵向外擴(kuò)散的空氣帷幕,有效地滯留了掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵,防止粉塵向外擴(kuò)散。然后利用高壓添加劑噴霧降塵技術(shù)通過(guò)慣性碰撞、截留、擴(kuò)散、重力效應(yīng)、靜電效應(yīng)和渦流凝結(jié)等捕塵形式對(duì)空氣帷幕粉塵滯留空間內(nèi)的粉塵進(jìn)行預(yù)凈化,同時(shí)通過(guò)除塵風(fēng)機(jī)的集塵風(fēng)筒插入空氣帷幕內(nèi),可將存有含塵霧滴和霧滴空隙間逃逸的粉塵的風(fēng)流吸入除塵器中進(jìn)行二次凈化,有效地避免了霧滴隨風(fēng)流飄落到物體表面后因風(fēng)干或巷道沖塵不及時(shí)而引起的二次揚(yáng)塵。

至此,各個(gè)措施相輔相成、相互依托,就形成了一套完整的,在空間和作用上均具有串、并聯(lián)結(jié)構(gòu),集防塵、降塵于一體的綜合降塵系統(tǒng),見圖1(b),可為井下掘進(jìn)一線工人提供足夠清潔的空氣環(huán)境。

圖1 綜合降塵系統(tǒng)示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)葛泉礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要,試驗(yàn)地點(diǎn)選在11912軌道巷綜掘工作面,巷道凈寬4.0 m,凈高3.5 m,凈斷面12.3 m2,屬于全煤掘進(jìn)工作面。巷道每天掘進(jìn)度在5 m左右,截止到2010年12月25日,該巷已掘進(jìn)2600 m。掘進(jìn)機(jī)采用EBZ160H懸臂式掘進(jìn)機(jī)。采用壓入式通風(fēng),利用局部能風(fēng)機(jī)向掘進(jìn)工作面供風(fēng),通風(fēng)機(jī)為軸流式通風(fēng)機(jī),功率2×30 kW,工作面采用直徑為600 mm的普通風(fēng)筒,供風(fēng)風(fēng)量為470 m3/min左右。該綜合降塵技術(shù)采用KCS-145ZZ/225ZZ礦用濕式振弦除塵通風(fēng)機(jī)和由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課題組自主研制的柔性附壁風(fēng)筒、高壓添加劑噴霧除塵裝置以及礦用降塵液,在巷道內(nèi)配備一個(gè)乳化液泵和一個(gè)容積為1.6 m3、內(nèi)含過(guò)濾裝置的泵箱。試驗(yàn)所需的添加劑(即礦用降塵液)定量加入到泵箱中,使泵箱內(nèi)溶液的濃度達(dá)到煤層注水和高壓添加劑噴霧降塵所需的濃度需求,然后通過(guò)乳化液泵壓送到工作面。

根據(jù)11912軌道巷掘進(jìn)工作面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)綜合降塵技術(shù)中采用的各個(gè)措施進(jìn)行了應(yīng)用。

3.1 煤體注水

在11912軌道巷掘進(jìn)工作面對(duì)煤體進(jìn)行注水時(shí),考慮到注水時(shí)間的長(zhǎng)短及對(duì)綜掘工作面掘進(jìn)度的影響,利用工作面的探前孔作為注水孔,見圖2,鉆孔終孔直徑為75 mm(用CSW 11-150型鉆機(jī)打孔),鉆孔長(zhǎng)度達(dá)120 m左右。這樣既有足夠的時(shí)間讓工作面前端的煤體潤(rùn)濕,減少煤塵的產(chǎn)生,又減少了工作量并節(jié)省了工作時(shí)間,不必額外打注水孔。在打長(zhǎng)鉆孔時(shí)考慮到鉆桿的彎曲程度,鉆孔位置選在工作面中央自上而下2/5處,沿著煤層傾向往前打鉆。封孔方法采用添加了適量速凝劑、膨脹劑的水泥砂漿封孔,封孔深度為2～3 m。待水泥砂漿凝固、風(fēng)干后,采用動(dòng)壓注水的方式進(jìn)行注水。為了增加煤體注水技術(shù)的防塵效果,水源直接采用高壓泵箱內(nèi)添加了定量添加劑的高壓溶液,注水時(shí)壓力可達(dá)到4 M Pa,理論注水量為270 m3左右,進(jìn)而由動(dòng)壓注水流量可計(jì)算出注水時(shí)間需達(dá)到12 h以上。

3.2 柔性附壁風(fēng)筒

為了使柔性附壁風(fēng)筒的附壁效應(yīng)得到良好的發(fā)揮,并有效地配合除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行降塵,根據(jù)巷道每天進(jìn)尺、煤礦安全規(guī)程及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),確定柔性附壁風(fēng)筒的前端出風(fēng)口距工作面煤壁4 m,所以在距離掘進(jìn)工作面10 m處的風(fēng)筒向掘進(jìn)工作面方向再接一節(jié)6 m長(zhǎng)的柔性附壁風(fēng)筒,見圖2。

附壁風(fēng)筒的尺寸為:(1)由于11912軌道巷現(xiàn)供風(fēng)的普通風(fēng)筒直徑為600 mm,為了使附壁風(fēng)筒方便與普通風(fēng)筒連接,所以附壁風(fēng)筒的筒體后端添加0.5 m長(zhǎng)的風(fēng)筒變徑后端直徑也為600 mm;(2)在長(zhǎng)度為5 m、直徑為500 mm的筒體上每隔500 mm安裝1排條形導(dǎo)風(fēng)管,共安裝7排條形導(dǎo)風(fēng)管;(3)筒體前端在添加一節(jié)0.5 m長(zhǎng)的錐狀出風(fēng)筒,錐狀出風(fēng)筒的前端出風(fēng)口直徑為300 mm。按普通風(fēng)筒連接、懸掛,隨著工作面的推進(jìn)只需在此附壁風(fēng)筒后按日掘進(jìn)度添加相同長(zhǎng)度的普通風(fēng)筒即可。

3.3 高壓添加劑噴霧

高壓添加劑噴霧裝置主要由乳化液泵、貯液泵箱、高壓膠管以及噴霧頭構(gòu)成,見圖2。水源直接用泵箱中含有定量添加劑的高壓溶液,壓力在4～5 M Pa。由于泵內(nèi)含有過(guò)濾裝置,有效地避免了霧化噴頭易堵塞的現(xiàn)象。高壓溶液經(jīng)噴霧頭噴出后,溶液霧化效果好。噴霧頭安放在掘進(jìn)機(jī)截割頭的上部及左右兩邊,對(duì)截割頭切割煤體時(shí)的產(chǎn)塵部位進(jìn)行了有效地包裹,使霧滴就近、集中作用于截割處產(chǎn)生的粉塵,減少粉塵逸散量。

圖2 11912軌道巷綜掘工作面示意圖

3.4 除塵風(fēng)機(jī)

根據(jù)巷道每天掘進(jìn)度,為了使除塵風(fēng)機(jī)與附壁風(fēng)筒得到較好的配合,形成良好的附壁效應(yīng),除塵風(fēng)機(jī)集塵風(fēng)筒前端進(jìn)風(fēng)口與附壁風(fēng)筒前端的垂距應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)(0.5～5.5 m);同時(shí),為了防止高壓添加劑噴霧未潤(rùn)濕粉塵前被除塵風(fēng)機(jī)收入,而使高壓添加劑噴霧的降塵效率降低,根據(jù)KCS-145ZZ/225ZZ除塵風(fēng)機(jī)的使用參數(shù)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),除塵風(fēng)機(jī)集塵風(fēng)筒前端進(jìn)風(fēng)口距離高壓添加劑噴霧頭不應(yīng)小于5 m,所以除塵風(fēng)機(jī)安裝在掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾上,使集塵風(fēng)筒前端進(jìn)風(fēng)口與附壁風(fēng)筒前端出風(fēng)口的垂距為5.5 m。為了增加濕式除塵風(fēng)機(jī)的降塵效果,濕式除塵風(fēng)機(jī)所用水源可采用泵箱內(nèi)含有添加劑的水。

4 應(yīng)用效果

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,通過(guò)10月到12月期間對(duì)11912軌道巷掘進(jìn)工作面掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾后4 m處的粉塵濃度的測(cè)定發(fā)現(xiàn),應(yīng)用煤體注水防塵技術(shù)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度為393.41 mg/m3,降塵效率可達(dá)37.67%;綜合應(yīng)用煤體注水防塵技術(shù)和除塵風(fēng)機(jī)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度為296.64 m g/m3,降塵效率可達(dá)57.28%;綜合應(yīng)用煤體注水防塵技術(shù)、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)和除塵風(fēng)機(jī)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度為189.29 mg/m3,降塵效率可達(dá)70.01%;綜合應(yīng)用煤體注水防塵技術(shù)、高壓添加劑噴霧降塵技術(shù)和附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度為111.01 mg/m3,降塵效率可達(dá)82.41%;應(yīng)用綜合降塵技術(shù)后,掘進(jìn)時(shí)平均全塵濃度為51.41 mg/m3,降塵效率可達(dá)91.85%,見圖3。由圖3數(shù)據(jù)可看出,綜合降塵技術(shù)不僅降塵效果好,而且數(shù)據(jù)波動(dòng)小,抗塵能力強(qiáng),系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。對(duì)比前3種防塵、降塵方式可發(fā)現(xiàn),綜合運(yùn)用煤體注水防塵技術(shù)、柔性附壁風(fēng)筒輔助防塵技術(shù)與除塵風(fēng)機(jī)降塵效率比只用煤體注水防塵技術(shù)提高了近1倍。

圖3 各降塵技術(shù)及降塵技術(shù)組合的降塵效果對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

綜合降塵技術(shù)在葛泉礦11912軌道巷掘進(jìn)工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,有效地治理了掘進(jìn)工作面粉塵災(zāi)害,大大改善了工人作業(yè)環(huán)境。目前,該技術(shù)又在葛泉礦11912運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行了應(yīng)用,也取得了理想的降塵效果。雖然該綜合降塵技術(shù)安裝、操作略微復(fù)雜,但降塵效果較理想,是一種有效的綜合降塵技術(shù)。因此,該技術(shù)具有一定的推廣前景,對(duì)礦井粉塵災(zāi)害的防治具有重要的意義。

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Application of in tegrated dust suppression technology to fully mechanized work face in Gequan Coal Mine

Bai Lanyong1,Wang Kuan2,Zhou Fubao2,Liu Yingke2
(1.Gequan Coal Mine,Jizhong Energy Resources Co.,Ltd.,Shahe,Hebei054102,China;2.Faculty of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

In order to solve the dust problem on the fully mechanized work face,an integrated dust suppression technology,with the com bination of dust prevention and dust dropping,was proposed after analyzing many sho rtages of sole dust-dropping measure,which is in the structures of series and parallel connection in the space and in the functions.Combined w ith water injection dust control technique,auxiliary dust-dropping technique by flexible wall attaching chimneys,high pressure additive spraying for dust control and dedusting fan,the integrated dust supp ression technology was applied to No.11912 fully mechanized work face in supply roadway of Gequan Coal Mine.The results showed that the average concentration of total coal dust decreased from 631.2 m g/m3to 51.41 mg/m3during evacuating after integrated dust suppression,with the dustdropping efficiency of 91.85%.

fully mechanized work face,dust,integrated dust suppression technology

TD714

B

白蘭永(1965-),男,河北石家莊人,高級(jí)工程師,現(xiàn)任冀中能源股份有限公司葛泉礦總工程師。

(責(zé)任編輯 梁子榮)