辛置礦2-208 綜采面活性磁化水降塵技術(shù)研究

盧俊奎

（霍州煤電集團(tuán)，山西 霍州 031400）

1 辛置2-208 綜采面概況

辛置礦位于山西省臨汾市霍州市辛置鎮(zhèn)境內(nèi)，隸屬于霍州煤電集團(tuán)。2-208 綜采面位于2#煤層，煤層平均厚度4.1 m，煤層平均傾角4°。工作面走向長175 m，傾斜長579.5 m，面積101 413 m2，可采儲(chǔ)量為430 000 t。瓦斯相對(duì)涌出量為0.28 m3/t，絕對(duì)涌出量為0.73 m3/min，為低瓦斯煤層。煤塵具有爆炸性，自燃等級(jí)為Ⅰ級(jí)。煤種為肥煤，以半亮型煤為主，工業(yè)分析結(jié)果見表1。采用一次采全高走向長壁后退式綜合機(jī)械化采煤法，采煤機(jī)型號(hào)為MG650/1630-WD，工作面供風(fēng)量1 133 m3/min。

表1 工業(yè)分析結(jié)果

2 活性磁化水降塵技術(shù)及效果

2.1 活性磁化水技術(shù)應(yīng)用

有研究表明，水溶液被磁化后具有較顯著的“記憶效應(yīng)”，也就是說水溶液的磁化效果將維持較長時(shí)間后才會(huì)消失，磁性通常在產(chǎn)生后9 min 才開始出現(xiàn)一定程度的衰減。根據(jù)這一特性，對(duì)水溶液的磁化裝置可以安裝在距離產(chǎn)塵區(qū)域較遠(yuǎn)的位置，以提升降塵系統(tǒng)的可操作性[1-2]。由于采煤機(jī)附近工作條件復(fù)雜，不在其附近安裝磁化裝置還能夠避免增加工作面勞動(dòng)強(qiáng)度[3]。為了能夠更方便地制備降塵水溶液，將活性磁化水制備有關(guān)的磁化裝置、表面活性劑添加裝置均布置在采煤機(jī)進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)，得到活性磁化水溶液后通過高壓管路運(yùn)輸至采煤機(jī)上，噴射至產(chǎn)塵點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高效捕塵降塵?；钚源呕芤褐苽涔に嚾鐖D1 所示。

圖1 活性磁化水溶液制備裝置

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，制備濃度為0.03%的活性磁化水溶液作為工作液體，按照采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵強(qiáng)度調(diào)整降塵供水量，據(jù)此計(jì)算出活性磁化水溶液的用量，利用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水溶液添加量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)添加。降塵用水直接和工作面供水管路相連，由于磁化裝置內(nèi)部存在一定阻力，且長距離管路運(yùn)輸也存在沿程阻力，因此需要供水壓力低于5 MPa，當(dāng)工作面水壓較低無法滿足噴射需求時(shí)采用高壓水泵提高水壓，經(jīng)過表面活性劑添加裝置形成濃度（活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.03%的活性水溶液，再經(jīng)過磁化裝置形成磁化的活性水溶液?；钚源呕芤航?jīng)過高壓膠管連接至采煤機(jī)噴霧裝置上，向滾筒噴射高密度霧滴，實(shí)現(xiàn)粉塵治理。

活性磁化水制備裝置的技術(shù)參數(shù)見表2，采煤面降塵用水添加了表面活性劑溶液并經(jīng)過磁化后，兩者共同作用降低了水的表面張力，提升了其對(duì)粉塵的潤濕效果。同時(shí)在滾筒周圍形成粒徑較小的霧滴，增加其對(duì)呼吸性粉塵等細(xì)微顆粒粉塵的捕獲、潤濕能力。

表2 活性磁化水制備裝置技術(shù)參數(shù)

2.2 活性磁化水降塵技術(shù)在2-208 綜采面的應(yīng)用

2-208 綜采面降塵用水壓力最高為4 MPa，并未滿足活性磁化水溶液制備要求，因此需要在進(jìn)風(fēng)巷中增加一個(gè)加壓裝置。為了提升作業(yè)效果，保證制備流程的穩(wěn)定性，安裝一個(gè)水箱用于存儲(chǔ)活性水溶液，加壓裝置從水箱中抽取水溶液后增壓至5 MPa，然后將高壓水溶液注入磁化裝置，形成帶有磁性的活性水溶液，通過直徑為19 mm 的礦用高壓膠管輸送至采煤機(jī)機(jī)身上通過霧化噴頭噴射出去。需要注意的是，采煤機(jī)自帶內(nèi)外噴霧降塵效果較差。長期現(xiàn)場實(shí)踐和多項(xiàng)研究表明，內(nèi)噴霧噴頭在使用過程中經(jīng)常發(fā)生破損、堵塞，這是由其安裝位置造成的，在滾筒截齒下方安裝的內(nèi)噴霧噴頭在截割過程中和碎煤塊碰撞擠壓，破損堵塞后霧化效果極差，幾乎無法發(fā)揮降塵效果。其外噴霧為采煤機(jī)廠商生產(chǎn)時(shí)自行配置，沒有考慮采煤面現(xiàn)場條件，對(duì)其適用的霧滴粒徑、噴射角度、噴射方向等沒有做針對(duì)性優(yōu)化，無法完全覆蓋滾筒，難以在滾筒周圍形成致密的霧滴場，若要達(dá)到較高的降塵效果需要通過增加用水量來實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)嚴(yán)重影響煤質(zhì)，降低作業(yè)效率。實(shí)踐表明，當(dāng)噴嘴孔徑為1.5 mm、噴射角度為45°時(shí)，霧化效果最好。設(shè)計(jì)的滾筒外噴霧霧化結(jié)構(gòu)如圖2 所示，噴射的霧滴場如圖3 所示。

圖2 外噴霧降塵裝置

圖3 活性磁化水噴霧霧化及包裹效果

2.3 降塵效果分析

根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》[4-6]等關(guān)于采煤工作面測塵作業(yè)的規(guī)定，分別在采煤機(jī)司機(jī)處（1#測塵點(diǎn)）、采煤機(jī)下風(fēng)向10 m（2#測塵點(diǎn)）和30 m（3#測塵點(diǎn)）設(shè)定3 個(gè)測塵點(diǎn)。利用直讀式測塵儀進(jìn)行粉塵濃度測定，獲取開啟活性磁化水降塵裝置前后的粉塵濃度值，測塵儀固定高度為1.5 m，即作業(yè)人員的呼吸帶高度，同時(shí)測定測點(diǎn)處的全塵和呼塵濃度。結(jié)果見表3。除塵率按照公式（1）計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算后，不同測塵地點(diǎn)的總粉塵和呼塵降塵率如圖4 所示。

圖4 降塵效率

表3 測塵結(jié)果 單位：mg/m3

式中：μ 為除塵率，%；ρ1為沒有降塵措施時(shí)的粉塵質(zhì)量濃度，mg/m3；ρ2為采用綜合降塵措施后的粉塵質(zhì)量濃度，mg/m3。

從表3 中的測塵結(jié)果數(shù)據(jù)和圖4 中的降塵效率柱狀圖可以看出，使用含有表面活性劑的磁化水溶液降塵率最好，能夠大幅降低粉塵濃度，顯著改善采煤面作業(yè)環(huán)境，提升空氣質(zhì)量，可以有效降低粉塵對(duì)人體呼吸性系統(tǒng)的損害。對(duì)比相同位置下的礦井原有降塵用水噴霧、添加表面活性劑后的水溶液、磁化水、活性磁化水溶液四種降塵介質(zhì)對(duì)呼塵和全塵的降塵效率，能夠明顯發(fā)現(xiàn)，使用原始礦用降塵用水噴霧進(jìn)行粉塵治理時(shí)效果不佳，在3 個(gè)測點(diǎn)處的全塵的降塵效率為51%～60%，平均降塵率為55%，平均質(zhì)量濃度從248 mg/m3降低到112 mg/m3；對(duì)呼塵的治理效果更差，在采煤機(jī)司機(jī)處的降塵率僅為39%，平均降塵率僅為41%，粉塵質(zhì)量濃度從137 mg/m3降低到80 mg/m3。無法滿足國家對(duì)粉塵治理的要求。在降塵用水中添加了表面活性劑或?qū)ζ溥M(jìn)行磁化以后，降塵率得到大幅改善，且磁化水降塵效果更好，全塵和呼塵的平均質(zhì)量濃度被降低至47.6 mg/m3和30.4 mg/m3，平均降塵率分別達(dá)到了80%和78%。表面活性劑水溶液對(duì)呼塵和全塵的平均降塵率分別為55%和62%。向降塵用水中添加表面活性劑并進(jìn)行磁化后，降塵效果最佳，在三個(gè)測塵點(diǎn)的降塵率均達(dá)到了87%以上，全塵和呼塵平均殘余質(zhì)量濃度分別為27.1 mg/m3和17.2 mg/m3，降塵率分別為89%和87%。說明對(duì)表面活性劑水溶液進(jìn)行磁化以后，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)水溶液的降塵效果，實(shí)現(xiàn)高效降塵。

3 結(jié)論

在2-208 綜采面應(yīng)用了以活性磁化水為降塵介質(zhì)的新型采煤機(jī)噴霧降塵技術(shù)，向工作面降塵用水中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%的表面活性劑，然后通過磁化裝置使水溶液磁化形成活性磁化水，運(yùn)送至配套的采煤機(jī)外噴霧噴頭上向采煤機(jī)滾筒噴射。

對(duì)比了礦井原有降塵用水噴霧、添加表面活性劑后的水溶液、磁化水、活性磁化水溶液四種降塵介質(zhì)對(duì)呼塵和全塵的降塵效率，礦井原有降塵用水噴霧的降塵效果最差，表面活性劑水溶液和磁化水都能夠增加降塵效果，活性磁化水的降塵效果最好，在多個(gè)測點(diǎn)的降塵率都達(dá)到了87%以上。