趙莊礦綜采工作面高效除塵技術研究

申晉偉

(晉城煤業集團趙莊礦,山西省晉城市,046605)

★煤礦安全 ★

趙莊礦綜采工作面高效除塵技術研究

申晉偉

(晉城煤業集團趙莊礦,山西省晉城市,046605)

分析了綜采工作面風流分布和粉塵分布情況,闡述了新型采煤機含塵氣流控制噴霧降塵裝置的降塵效果,并在趙莊礦1303綜采工作面將此高效除塵技術進行了實踐應用,結果表明:工作面在采用高效除塵技術后,在采煤機滾筒及刮板輸送機上方形成了“立體交叉”的噴霧覆蓋范圍,降塵率達到85%以上。

煤礦粉塵 綜采工作面 除塵技術

AbstractWith the longwall face air current distribution and dust distribution analyzed,this paper gives an elaboration on the dust suppression ability of a coal shearer equipped with novel dust suppressing water mist spraying devices to control the dusts in the dust rich air current in coal faces.This coal shearer with the water mist spraying devices,considered highly efficient dust suppressing devices,is used in mining practice in#1303 longwall face in Zhaozhuang Coal Mine.The application results indicate that once this highly efficient dust suppressing technology is used in longwall face,a water mist spray of"stereochemical structure"is formed over the coal shearer drum and scraper conveyor, which offers a dust suppression efficiency as high as over 85%.

Key wordscoal mine dusts,dust suppression technology,longwall coal face

煤礦粉塵作為煤礦開采過程中的必然產物,不僅威脅職工身體健康、降低工作面能見度、縮短機械設備壽命,還具有自燃性和爆炸性,煤塵爆炸事故一旦發生將造成巨大損失,因此,礦塵防治一直以來都是礦井安全生產中的重要一環。綜采工作面產塵面積大、產塵點廣泛,各項工序中都有大量煤塵和巖塵產生,特別是當機械截割、運輸機械轉載振動、工作面支護等多工序平行作業時產生的粉塵量更大,而綜采工作面又是煤礦井下作業人員和電氣機械設備高度集中的工作場所,因此,綜采工作面的粉塵防治是重中之重。

本文針對趙莊礦1303大采高工作面現狀采用了一種高效降塵技術,進而控制塵肺病發病率。這對煤礦杜絕煤塵事故、保障職工身體健康、改善工作環境、搞好安全文明生產、加速我國煤炭工業持續穩定地發展具有重要的現實意義。

1 趙莊礦1303大采高工作面概況

1303大采高工作面采用一次采全高采煤方法,采高4.5 m,日循環進度為5.4 m。采煤機為艾柯夫L150型采煤機,滾筒直徑2 m,截深0.9 m,機高1.7 m,牽引速度3 m/min,適應煤層傾角0～25°。噴霧泵采用無錫噴霧泵,型號為BPW-51/13.2K,供 水 壓 力 13.2 MPa,供 水 量516 L/min。1303工作面配風量3539 m3/min,是典型的高瓦斯、大風量工作面。

采煤機割煤時的防 (降)塵技術措施上采取了內、外噴霧降塵措施和采煤機塵源智能跟蹤降塵系統。噴霧采煤機設計供水量為370 L/min,其中包括冷卻用水,供水壓力4 MPa,塵源跟蹤噴霧設計流量為100 L/min,供水壓力4 MPa。內噴霧為采煤機自帶裝置,利用采煤機系統冷卻水噴霧降塵,由于水壓較低 (1～3 MPa),且水質偏硬,噴嘴雖未堵塞,但實際降塵效果不佳;外噴霧裝置有5個噴嘴,安裝在采機前后兩端,采煤機割煤時向滾筒噴霧降塵。其存在的問題是噴嘴孔口較大,耗水量大,噴霧水壓較低 (1～3 MPa),霧化效果較差,降塵效果差;采煤機智能跟蹤降塵系統,每架支架均安裝噴霧裝置,動作基本可靠,但每架支架上僅安裝1個噴嘴,加上噴嘴安裝角度不當和噴霧水壓偏低,實際降塵效果較差。

2 工作面風流分布、粉塵分布情況分析

(1)采煤機割煤作業過程中,有兩種不同的煤塵產生方式,第一是滾筒割煤產塵,第二是落煤產塵,其中落煤產塵是治理的難點。

(2)逆風割煤和順風割煤時煤塵的運動和擴散規律不同。上風側滾筒割煤作業過程中產生的煤塵,受高速風流作用和采煤機阻擋,不斷向人行道司機處擴散,以逆風割煤時最為嚴重;下風側滾筒割煤作業過程中產生的煤塵,只受高速風流作用,快速向下風運動和擴散,以順風割煤時最為嚴重。兩種類型煤塵運動方向見圖1、圖2。

(3)采煤機上、下風斷面,其風速隨測點距煤壁距離增大而減小,靠煤壁越近,風速越高,靠煤壁越遠,風速越低。高速風流經過采煤機時,受采煤機阻擋,從上風側截割滾筒至上風截割電機間,靠煤壁一側的高風速攜帶大量粉塵迅速向人行道方向擴散,對司機的危害也最大;從采煤機上風截割電機至煤機下風測10 m的范圍內,斷面各點風速較為均勻,在3.67～4.10 m/s之間;煤機下風測15 m以后,靠煤壁一側風速又會顯著高于遠離煤壁一側的風速,達到5 m/s左右,靠煤壁側粉塵較遠離煤壁一側嚴重。

(4)工作面風速高,采煤機割煤過程中的產塵強度極大,測試結果表明,采煤機正常割煤過程中,司機處總粉塵濃度平均為1855 mg/m3,采煤機下風測10 m后人行道位置總粉塵濃度達到2000 mg/m3以上,工作面勞動衛生條件十分惡劣。

3 綜采工作面高效降塵技術研究

根據上述對采煤機割煤作業過程的產塵特點及風速分布規律的研究可知,高瓦斯大風量綜采面采煤機割煤過程中產塵強度極大,粉塵治理的難度也大大增加,采用任何單一的技術措施都難以有效降低作業空間的粉塵濃度,只有通過多種高效降塵措施的有機組合,才能達到最大限度地降低其粉塵濃度的目的。因此,提出以下防塵對策。

3.1 噴嘴選型

經試驗,G型高壓噴嘴在高壓時流量較小,射流形狀為實心圓錐形,噴霧射流抗風能力較強,適用在高瓦斯、大風量工作面使用,故在采煤機高壓外噴霧裝置選用G型高壓噴嘴。

3.2 新型采煤機含塵氣流控制噴霧降塵裝置設計

圖3 新型采煤機含塵氣流控制噴霧降塵示意圖

針對原采煤機噴霧降塵裝置及在采煤機上的布置位置的弊端,設計出新型采煤機含塵氣流控制噴霧降塵裝置 (見圖3)。分別將上風側控塵裝置和下風側降塵器安裝在采煤機前、后搖臂截割電機外側,用鋼絲繩及專用拉緊裝置固定牢靠。為保證噴霧降塵效果和控塵效果,噴嘴均選用高壓噴嘴。上風側噴嘴數量4～6個,其中1～2個噴嘴向刮板輸送機道噴射,噴嘴可選用射程相對較小、張角和流量較大的PZ型高壓噴嘴,另3～4個噴嘴選用射程遠、流量較小的 G型高壓噴嘴,下風側降塵器噴嘴為3～4個,同樣選用 G型高壓噴嘴。

經試驗可知如下5點。

(1)煤壁側風速V1大于支架側的風速V2。

(2)上風側的順風高壓噴霧借助高速風流的力量,不但不會阻擋風流,而且對周圍風流有一定的引射作用,引導風流沿煤壁一側運動,并進行噴霧降塵。

(3)水霧和滾筒產生的粉塵靠煤壁一側運動,向人行道及司機位置基本不會擴散,司機位置的作業環境得到較大改善。

(4)下風側降塵器內布置的3個噴嘴向滾筒方向噴射,消除滾筒割煤產生的粉塵,同時,截割電機下方刮板輸送機機道上的粉塵受風速影響小,降塵器還起到對刮板輸送機機道及垮落煤炭沖擊產塵的引射作用 (見圖4)。

圖4 下風側降塵器噴霧引射降塵示意圖

3.3 新型采煤機高壓外噴霧降塵主要技術參數的確定

(1)噴霧壓力 P:P≥8 MPa。

(2)噴霧流量Q:G型噴嘴Q≤7 L/min;PZ型噴嘴Q≤10 L/min;總噴霧流量Q≤76 L/min。

(3)噴霧有效射程 H:G型噴嘴在風速 v=3 m/s條件下,有效射程 H≥2.5 m;PZ型噴嘴在風速v=3 m/s條件下,有效射程 H≥1.5 m。

(4)噴射方向:所有噴嘴角度都是可調的。上風側3～4個G型噴嘴順風噴霧,控制含塵氣流沿煤壁一側運動,另1～2個噴嘴順風噴向刮板輸送機機道,下風側3～4個 G型噴嘴以不同角度向滾筒及其下風噴射。

3.4 采煤機塵源噴霧降塵系統安裝布置方式改進

經過研究,決定將液壓支架上的噴霧架每架設計成3個噴嘴,噴嘴間夾角30°,噴霧架安裝在液壓支柱前50 cm的位置,這樣所形成的霧流可以充分擴散而且會覆蓋整個工作面斷面 (見圖5)。

為確保噴霧降塵效果,在所有支架上需均勻布置噴嘴,每個支架安裝3個 G型高壓噴嘴,由1個高壓電磁閥控制噴嘴開啟或關閉。為了方便現場調試時能夠調整噴嘴水霧的噴射方向到最佳角度,提高噴霧降塵效果,噴霧架設計成每個噴嘴都可以在垂直風向的平面調整水霧噴射方向。

圖5 采煤機塵源噴霧降塵系統在支架上安裝布置示意圖

4 效果觀測

趙莊礦1303綜采工作面在高效除塵系統安裝后,對降塵效果進行了觀測,降塵效果見表1。

表1 工作面采取高效防塵技術前后測定結果

工作面在采用高效除塵技術后,在采煤機滾筒及刮板輸送機上方形成了“立體交叉”的噴霧覆蓋范圍,降塵率高達85%以上,而煤礦采用煤層注水、通風排塵等防塵技術時降塵率大都僅為40%～60%,高效防塵技術的應用大大提高了工作面降塵效果,較好地改善了工作面的勞動衛生條件,有利于職工的身體健康,為煤礦的安全生產提供了有力的技術保障。

[1]單敏杰,郭濤.綜采工作面的粉塵分布及治理對策 [J].煤礦天地,2006(4)

[2]王留坤.淺談煤礦粉塵檢測與防治 [J].中州煤炭, 2009(7)

[3]劉俊.煤礦井下消防、灑水設計探討 [J].煤炭工程, 2009(7)

(責任編輯 梁子榮)

A research on a highly efficient dust suppression technology used in a longwall face in Zhaozhuang Coal Mine

Shen Jinwei

(Zhaozhuang Coal Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng,Shanxi province 046605,China)

TD714.4

A

申晉偉 (1976-),男,1997年畢業于太原理工大學采礦工程專業,大學本科,現任晉煤集團趙莊礦通風管理部主任工程師。