柳泉煤礦綜合防塵方法的研究與實踐

朱懷龍,周計彬,高 輝

(華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦, 江蘇徐州市 221136)

柳泉煤礦綜合防塵方法的研究與實踐

朱懷龍,周計彬,高 輝

(華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦, 江蘇徐州市 221136)

實測分析了柳泉煤礦松軟煤層條件下炮采炮掘工作面及轉載點等產塵源的粉塵濃度,介紹了在主要產塵點采用煤層注水降塵、電控灑水噴霧裝置降塵等綜合防塵措施的使用效果,并對綜合防塵措施實施前后的粉塵濃度進行了對比分析。結果表明,實施該綜合措施后,各產塵點降塵率均為 80%～90%,取得了良好的技術效果,為類似礦井的綜合防塵提供了借鑒。

煤井產塵源;綜合防塵;煤層注水;防塵罩;電控灑水噴霧

近年來,隨著煤礦井開采強度和機械化程度的不斷提高,井下產塵點和產塵量也不斷增加。尤其是在采掘工作面和各個運輸轉載點,由于破碎煤塊在轉運過程中相互碰撞及風流影響,粘附的細小微塵會逐漸變成浮游粉塵,在空氣中不斷擴散,濃度不斷增加,形成危險源。有效降低粉塵濃度、杜絕煤塵事故,是煤礦安全生產的重要環節,對促進礦井安全生產、保證職工身體健康具有重大意義。華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦在圍繞綜合防塵減塵工作上,依靠科技創新,加強技術攻關,完善管理制度,取得了顯著效果。

1 礦井主要產塵源分析

柳泉煤礦主采煤層為 3煤,煤層松軟,平均煤厚為 1.35 m,屬低瓦斯礦井。煤層有自燃發火傾向,煤塵具有爆炸性,爆炸指數為 35.91%。礦井采用炮采炮掘技術。

1.1 炮采工作面產塵源

炮采工作面產塵源有打眼、爆破、裝煤、運煤、回收支架等生產環節,其中爆破是最大的產塵點,其次是裝煤、運煤、回收支架和打眼等工序所產生的粉塵。經現場實測,柳泉煤礦 3112炮采工作面主要產塵點平均粉塵濃度見表1。

1.2 炮掘工作面產塵源

掘進工作面產塵源有打眼、爆破、裝煤、運輸等工序。通過實測,柳泉煤礦 3302炮掘工作面在無任何防塵措施時,測得的主要產塵點平均粉塵濃度見表2。

1.3 轉載點產塵源

皮帶輸送機和刮板輸送機的轉載點是運輸系統的關鍵產塵點,煤與皮帶一起做勻速運動,到達轉載點時,煤做自由下落運動,由于存在一定的落差,煤在下落過程中受到空氣阻力作用,使周圍空氣發生紊亂流動,造成小粉末飛揚起來,四處飄逸[1]。

表1 3112炮采工作面平均產塵濃度統計

表2 3302炮掘工作面平均產塵濃度統計

2 綜合防塵措施

綜合防塵措施主要有濕式打眼、爆破使用水炮泥、炮前炮后防塵灑水、沖洗煤幫、放炮自動噴霧、采煤工作面還要進行煤層注水、進回風道設置凈化水幕等。在工作面回風巷采用自主設計并推廣應用的全封閉撲塵網、轉載點封閉式防塵罩等。

2.1 煤層注水降塵

柳泉煤礦在 3112工作面超前動壓區進行雙巷靜壓深孔注水試驗,其超前壓力的影響范圍為 50～60 m,所以選擇超前工作面 40～50 m范圍的動壓區注水。選擇頂底板完整處在煤壁距離底板 500～600 mm的位置,垂直煤壁施工 1排間距 10 m的鉆孔,利用 40鉆機打孔,注水孔直徑為 50 mm。采用MZF-40-15型封孔器封孔,封孔深度超過煤壁邊緣煤體的卸壓帶寬度,確定為距孔口 3 m。鉆孔為雙巷對錯布置,與頂板平行,深度為 30 m。工作面使用Φ10 mm液壓膠管,并在注水孔附近外接截止閥,注水時間為 10 d左右,注水壓力為 4～5MPa,單孔注水時噸煤注水量可達 0.02 m3[2]。

2.2 轉載點封閉式自動噴霧降塵

轉載點是產生粉塵的一個連續點源,產塵量大、濃度高,是井下粉塵治理不可忽視的一個重要環節[3]。柳泉煤礦通過研究自制了轉載點防塵罩自動噴霧灑水裝置(見圖1)。防塵罩可將皮帶機的轉載區域全部罩住,在防塵罩的頂部預留一孔作進水管,罩內安裝自動噴霧灑水裝置,噴頭為 5孔噴頭。當皮帶機運轉出煤時,輸送機上的物體呈拋物線狀射出,推動沖擊桿,打開注液槍閥門,噴霧頭對飛揚的煤塵進行噴霧灑水,水霧與粉塵顆粒相互碰撞,同時還在防塵罩內產生一個局部旋渦,增加霧粒與塵粒的碰撞速度和概率,直到塵粒粘結成較大的塵團沉降下來。該裝置既簡化了防塵程序及除塵措施,又可把粉塵控制在小范圍內,防止粉塵的進一步擴散,因此降塵效率特別好。當輸送機停止運轉時,沖擊桿靠自重下落,關閉閥門,停止噴霧灑水[4]。

圖1 轉載點防塵罩自動噴霧裝置

2.3 風水聯動裝置

風水聯動裝置是掘進工作面局部通風和防塵水幕聯合作用的裝置,結構如圖2所示,即在掘進工作面迎頭第 1節與第 2節風帶之間連接一硬質風筒,硬質風筒距迎頭一般不大于 20 m,其長度為 800～1000 mm,直徑與膠質風筒相同 (Φ500 mm),硬質風筒上部留有一孔,可將防塵水管接入硬質風筒內,風筒內安裝水幕,2個高壓單噴頭,噴嘴直徑為 1 mm,噴嘴霧化效果好。當掘進工作面放炮或出煤時,打開閥門,開始噴霧。水霧與風筒內風流混合,形成霧風進入工作面,從而大大降低了迎頭的粉塵濃度。

圖2 風水聯動裝置

柳泉煤礦在掘進工作面使用風水聯動裝置的情況表明,風筒內的風水混合后形成的霧風流能夠使掘進工作面巷道內的空氣始終保持濕潤狀態,大大減少了浮游粉塵的二次飛揚,且巷道內無積水現象,效果明顯。

2.4 聲控自動噴霧降塵

聲控自動噴霧降塵裝置主要由聲控傳感器(KPZ—S型 )、控制箱 (KPZ—127Z型 )、遙控器(KPZ—Y型 )、防爆電磁閥 (DFB10/127型 )、高壓軟管和凈化水幕組成。當工作面爆破時,聲控傳感器將接收的信息傳輸給控制箱,控制箱進行判斷并發出信號控制電磁閥的開閉,從而控制水幕進行噴霧。1次噴霧時間根據水幕距迎頭距離和放炮后炮煙及粉塵經過水幕的時間而定,水幕安裝位置距迎頭按規定不超過 30 m,根據掘進工作面最低風速標準 (煤巷 0.25 m/s、巖巷 0.15 m/s)計算,1次噴霧時間約定為 4～5 min。

聲控自動噴霧降塵裝置在爆破時能自動打開,與爆破同步進行噴霧作業,且操作簡單,不受人員的限制,效果較好。

2.5 爆破自動噴霧降塵

爆破自動噴霧裝置是根據爆破產生的沖擊波沖到扇形擋板后打開閥門而實現自動噴霧。其設計是用 1 mm厚的鐵皮和Φ10 mm的圓鋼加工成長 ×寬 ×高為 30 mm ×25 mm ×20 mm的鐵盒子,內部安裝截止閥,鐵盒上部安裝一扇形擋板,擋板與閥把之間用直徑為 10 mm的圓鋼焊接起來,截止閥與防塵管路和水幕分別用高壓軟管連接,如圖3所示。放炮時,沖擊波沖倒擋板,打開閥門,實現水幕自動噴霧。

此方法的優點是適應范圍廣,無防爆問題,便于安裝維修,且造價低廉。

圖3 爆破自動噴霧裝置

2.6 定時自動噴霧降塵

在主要進回風大巷、采區上下山等巷道安設KPZ—G型光控定時自動噴霧裝置,以消除懸浮粉塵、凈化風流。光控定時自動噴霧降塵系統主要由控制箱、防爆電磁閥、光控傳感器和噴霧裝置 4部分組成,能按 24 h時間制式任意設置 5個時段打開和關閉灑水的時間,當有人通過正在或即將灑水噴霧的地點時,能自動停止或延時灑水,從而實現無人情況下巷道內自動噴霧降塵的功能,裝置內部裝有充電電池,不受停電影響[5]。

2.7 隔爆自動加水降塵

隔爆自動加水裝置組成主要由傳感器、電磁閥、控制主機、鍍鋅鋼管、噴霧頭和液壓軟管連接組成。在每個隔爆水槽上方敷設鍍鋅鋼管 1根,安裝噴霧頭 1個,其方向對著水槽內部。當水槽水量符合標準時,各系統處于正常狀態;當水槽水量下降時,系統會自動供水,直至水量達到標準,確保了隔爆設施經常處于有效狀態。

2.8 電控灑水噴霧裝置

柳泉煤礦自行研制了 1種電控灑水噴霧裝置,無需人工灑水降塵,也不用投入很復雜的設備,就可以在不影響生產的情況下完成灑水降塵工作。主要方法是在防塵供水管路上每隔 30 m設置 1個出水閥門,在出水閥門上接 1個 DFB10/127電磁閥,再利用高壓膠管將電磁閥和噴霧裝置連接起來。噴霧裝置的制作即用內徑為 15.5 mm的鋼管彎成弓型狀,并與巷道的頂部相吻合。在鋼管的各個方向設有多個噴頭。噴霧時間應根據巷道的實際情況而定,一般設為 5～8 min。并用 1根 2.5 mm電纜將所有電磁閥并聯在一起,控制電源為 127 V電源,控制開關可放在斜巷上車場信號硐室內,在斜巷提升的同時也可進行噴霧降塵,只需幾分鐘就可完成降塵工作。當上車場的開關合閘時,每個電磁閥均被打開,各個噴霧點自動噴霧,利用風速就可以起到全巷降塵的作用。

2.9 綜合防塵效果

分別在炮采和炮掘 2個工作面采用了防塵治塵措施,經實測,主要產塵工作面產塵濃度統計結果見表3。由表3可知,工作面各生產工序的全塵量和呼塵量大幅度減小,綜合降塵率平均超過 80%,最大降塵率為 94.1%。

表3 產塵工作面平均產塵濃度統計

生產實踐表明,電控灑水噴霧裝置具有安裝簡單、操作方便、經濟實用等優點,還能根據井下環境任意調節噴霧點間隔距離,尤其在斜巷使用中更為方便實用,有效解決了防塵與生產的矛盾,具有較高的推廣價值。

3 結 論

通過對炮采和炮掘 2個工作面實施綜合防塵技術,工作面的全塵降塵率都超過 90%,呼塵降塵率也達到 80%以上。改變除塵工藝,使粉塵產生量達到最小,是控制粉塵污染的有效途徑。多種措施并舉、防治結合,對提高礦井綜合防塵水平具有重大意義。

[1]王曉峰,陳彩云.轉載點粉塵析出機理及綜合治理[J].煤炭

技術,2008,(1):124-125.

[2]張國樞.通風安全學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2007.[3]門金龍,張夢萍,鄒 微,等.運煤裝載點防塵設施的使用與管理[J].中國輻射衛生,2006,(12):485.

[4]劉少春.礦井綜合防塵實用技術的推廣與應用[J].煤炭技術,2007,(7):62-64.

[5]金小漢,熊云威,郭勝均.定時光控自動灑水裝置的研究與應

用[J].煤礦安全,2009,(7):63-65.

2010-08-28)

朱懷龍 (1970-),男,江蘇邳州人,助理工程師,主要從事安全技術管理工作,Email:zhl_5566@126.com。