趙莊礦綜采工作面自動灑水降塵系統的研究

中煤科工集團重慶研究院有限公司 曹利波

1.前言

1.1 公司概況

趙莊井田位于沁水煤田東南部，地處山西省晉城市北53km，高平市北12km，長子縣南16km，行政區劃隸屬于高平市、長治縣、長子縣、及沁水縣管轄。地理坐標為：東經112o48'10"～112o58'00"，北緯35o54'10"～36o03'00"。趙莊煤礦隸屬于山西晉煤集團趙莊煤業有限責任公司，礦井位于沁水煤田東南部，地處山西省晉城市北53km，行政區劃隸屬于高平市、長治縣、長子縣、及沁水縣管轄。趙莊煤礦原設計生產能力6.00Mt/a，主要系統能力按10.00Mt/a預留，礦井于2007年5月18日通過國家驗收竣工投產。井田內含煤地層主要為石炭系上統太原組(C3t)和二疊系下統山西組(P1s)，下石盒子組和本溪組中偶爾有煤線發育。山西組和太原組共含煤14層，自上而下山西組含1、2、3號共3層煤層；太原組含5、6、7、8-1、8-2、9、11、12、13、14、15、16號共12層煤。山西組和太原組二者累計總厚度為118.19～206.86m，一般153.57m。含煤15層，煤層總厚3.38～18.21m，平均12.80m，含煤系數8.33%。

1.2 1306綜采工作面現狀

1306綜采工作面一直以來采用采煤機內噴霧和支架噴霧相結合的辦法來降低工作面的粉塵濃度，總體效果不太理想，工作面粉塵濃度仍然比較大，直接制約了正常生產。而在此期間，綜采工作面自動灑水降塵系統，解決粉塵治理問題。適應了礦井安全生產發展的需要。工作面對應地表有南側為陳家莊，在保護煤柱線內，回采對其沒有影響。

該工作面位于礦井一盤區，東側為1103巷，已掘；北側為1307工作面，正在掘進；南側為1305工作面，沒有掘進。1306綜采工作面回采范圍是13065和13063巷之間的3#煤層。1306綜采工作面設計走向長約1962米，傾斜寬約219.5米，則工作面回采面積約43萬平方米。1306工作面各順槽設計為矩形巷道斷面；平均斷面積22.5m2。巷道支護方式以錨網支護為主。采用綜采設備一次采全高，走向長壁后退式采煤，頂板全部跨落法管理頂板的采煤方式。開采程序為一次采全高；所采煤層為15＃煤；工作面采高2.3±0.1米，平均2.3米，當煤層厚度大于2.3米時，采高可隨煤厚進行調整,不超過2.9米；當煤層厚度小于2.3米時，可以割底補足2.3米；如工作面遇斷層等地質構造時，可適當將構造區前后各10個架采高隨構造區采高進行調整，以便機組順利通過；機頭、機尾10米范圍內隨巷道頂、底板平緩過渡；循環進度0.6米；作業方式為晝夜多循環作業方式；日計劃循環數9個；總工業儲量528968.73噸(A1：271797.37噸，A2：86746.62噸，A3：170424.74噸)，總可采儲量502520.29噸(A1：258207.50噸，A2：82409.29噸，A31：61903.50噸)。

1.3 1306綜采工作面綜合防塵措施

(1)機組內外噴霧完好，水壓必須達到規定要求，并保持恒壓，堅持無水不割煤；機組必須安裝降塵系統，割煤時，必須開啟降塵系統有效降低粉塵濃度；

(2)各轉載點必須做到“開機開水、停機停水”；

(3)工作面所有接塵人員必須加強個人保護，按規定佩帶防塵口罩；

(4)工作面要定期沖洗巷道，順槽必須堅持一星期沖洗兩次，且距工作面煤壁100m范圍內，天天沖洗，超前支護段班班不定時沖洗，保證粉塵濃度不超標；工作面每走一循環必須派專人沖洗，從而把粉塵濃度降到標準以下；

(5)兩巷必須設置水幕，水幕距工作面煤壁不大于30m；凈化水幕在割煤時必須正常開啟，停機時關閉；

(6)供水壓力，水量符合規定要求；

(7)割煤過程中，支架要使用自動架間噴霧和放煤噴霧，保證噴霧裝置完好；

(8)嚴格按工作面要求的配風量供風；

(9)通風隊要嚴格執行煤層注水措施。

2.綜采工作面粉塵綜合治理

2.1 粉塵治理的原理

當采煤機割煤經過支架時，采煤機上的紅外線發射傳感器，發射的紅外線被支架上的紅外線接收傳感器收到后，紅外線接收傳感器輸出一個高電平信號傳輸給主機，主機對輸入信號進行處理后，通過CAN網向其它主機發出指令，其它主機按照預先的設置控制采煤機滾筒上方的1-10個支架噴霧自動打開(根據現場需要可任意設置噴霧支架的數量)，并根據采煤機的行走速度依次關閉和打開相應的支架噴霧，在支架移架時，壓力傳感器受到乳化液的壓力后輸出一個高電平信號傳輸給主機，主機對信號處理后，控制本支架及相鄰支架(根據現場需要任意設置相鄰支架數量0-5架)電動閥打開進行噴霧，延時一段時間后自動關閉(延時時間根據現場需要任意設置)。

圖1 粉塵治理原理示意圖

2.2 粉塵治理裝備

綜采工作面自動灑水降塵系統電路控制部分由主機、傳感器、遙控器、電動球閥等組成；噴霧水路部分由膠管、水質過濾器、高效噴頭等部分組成。

3.粉塵濃度的測定

3.1 粉塵測定原理

電動薄膜抽氣泵在采樣頭進氣口產生一定的負壓,抽取一定體積的含塵空氣,采樣流量定為20L/min。當采用沖擊式采樣頭時，粗顆粒塵因質量較大而直接被第一級沖擊板(涂有硅油)所捕集，而細顆粒塵隨氣流移動被第二級濾膜所捕集。沖擊式采樣頭的呼吸性粉塵采樣效能符合BMRC曲線，濾膜增量為呼吸性粉塵質量，濾膜增量與沖擊板增量之和即為全塵質量。當采用旋風分離器時，因離心作用粗顆粒與器壁碰撞而落入集塵斗，細顆粒隨氣流移動被濾膜所捕集。旋風分離器的呼吸性粉塵采樣效能符合BMRC曲線，濾膜增量為呼吸性粉塵質量，濾膜增量與集塵斗增量之和即為全塵質量。

3.2 器材

(1)AFQ-20型礦用粉塵采樣器；

(2)使用CJ-20A型沖擊式預捕集器或者XF-20A型旋風式預捕集器；

(3)使用25mm無色玻璃片作為沖擊板或者使用防銹合金制成的內腔為14mm×23mm的罐子作為集塵斗；

(4)40mm過鹵乙烯纖維濾膜；

(5)若使用CJ-20A型沖擊式預捕集器，請配用7501型真空硅脂作為硅油；

(6)感量為萬分之一克的TG-328型電光分析天平；

(7)采用HG-202型電點熱恒溫干燥箱或普通簡易干燥器，但采用普通干燥器時，應置放變色硅膠；

(8)不銹鋼鐘表鑷子。

3.3 測定程序

(1)用鑷子取出干凈的濾膜，去除兩面的襯紙，放在天平上稱重并記錄，然后將濾膜壓入濾膜夾，使濾膜紙毛面朝向進氣口，安裝在預捕集器內部并套上防護蓋備用。

(2)按照實測方案所確定的測點，將粉塵采樣器安裝在三腳支架上或手托肩抗，其高度應符合現場呼吸帶高度，一般在1.5m左右。然后將預捕集器安裝在采樣連接座上，務必使預捕集器進氣口迎向含塵氣流。

(3)若選用沖擊式預捕集器，玻璃沖擊板先用中性洗滌液浸泡，除去表面污物，經清水漂洗后，再用95%或無水酒精脫脂棉球擦凈。另外用清潔的鑷子沾取少量硅油，滴在沖擊板中心位置，再用鑷子的側邊將硅油刮薄展開，使硅油涂抹成φ15mm的圓形。由于硅油的粘度很高，數小時后會出現均勻擴散的現象，所以沖擊板涂抹硅油的工作，應在采樣前提前進行，并注意使其不受污染。將已涂好硅油的沖擊板用鑷子夾取放在天平上稱重并做好記錄，然后小心地安放在“分粒裝置”前部的凸臺上，用金屬長環壓緊，再旋上預捕集器的進氣口。

(4)若選用旋風式預捕集器，用鑷子夾持無水酒精棉球將集塵罐內外擦凈，涼開后在天平上稱重記錄，然后將集塵罐安裝在預捕集器底部的套罐內。

(5)采樣時間根據現場粉塵種類、濃度及作業情況來預置，一般采樣時間以20～25分鐘為宜，粉塵濃度較高的現場一般預置為3～5分鐘。

表1 第一次使用綜采工作面自動灑水降塵裝置前后全塵濃度測定對比

表2 第二次使用綜采工作面自動灑水降塵裝置前后全塵濃度測定對比

表3 第三次使用綜采工作面自動灑水降塵裝置前后全塵濃度測定對比

(6)若選用沖擊式預捕集器，采樣時應估計沖擊板及濾膜上粉塵的增量，都不應少于0.5mg及多于10mg；若選用旋風式預捕集器，采樣后的集塵罐和濾膜上的粉塵增量分別為0.5～1000mg和0.5～10mg，如果超過，采樣測定誤差較大，應判定為無效樣品。

(7)采樣流量應在開始采樣時迅速校正到20L/min；

(8)采樣結束后，應將樣品放在相應的樣品盒內，一般情況下不需要干燥處理。如果采樣時現場的相對濕度在90%以上，或者水霧存在時應進行干燥處理后再稱重記錄。

3.4 粉塵濃度計算

(1)選用沖擊式預捕集器

呼吸性粉塵濃度：

f1、f2-采樣前、后濾膜的重量，mg；

G1、G2-采樣前、后沖擊板的重量，mg；

Q-采樣器流量，定為20L/min；

t-采樣時間，根據現場粉塵濃度而定，min。

(2)選用旋風式預捕集器

計算公式同上,其中G1和G2為采樣前、后集塵罐的重量。

3.5 注意事項

(1)濾膜沖擊板及濾膜夾要洗凈擦干。預捕集器必須使用凈水脫脂棉球或紗布，切不可使用有機溶劑擦洗；

(2)集塵罐和濾膜夾要擦凈涼干，濾膜夾在安裝濾膜時，要將濾膜壓緊，以免在采樣過程中濾膜脫出；

(3)采樣流量必須調節在20L/min，否則會影響預捕集器對粉塵的捕集效率，造成測定誤差；

(4)現場采樣要注意保護好樣品，使其不受污染和撣落。

3.6 粉塵測定(如表1-3所示)

4.結論

通過此研究并在趙莊礦1306綜采工作面的工業性試驗考察結果和粉塵濃度的實測對比，可以得出如下結論：

從以上降塵效果的數據可以看出，綜采工作降塵效果明顯，達到了試驗目標，已經達到項目預期目的。

綜采工作面自動灑水降塵系統的研究項目除塵技術對生產作業無任何不利影響。裝置的結構簡單，尺寸及重量小，堅固耐用，加工制造容易，運輸、拆裝、操作、維修方便，無需專職操作。

通過工業性試驗證明了綜采工作面自動灑水降塵裝置的研究項目技術降塵效果好，達到了項目預期的目的，獲得了較好的經濟、社會效益。