綜放工作面綜合防塵技術(shù)研究及其應(yīng)用

趙惠英

(神華神東煤炭集團(tuán)公司保德煤礦,山西保德 036600)

綜放工作面綜合防塵技術(shù)研究及其應(yīng)用

趙惠英

(神華神東煤炭集團(tuán)公司保德煤礦,山西保德 036600)

本文針對保德煤礦81503綜放工作面機(jī)械化程度高及高產(chǎn)高效帶來的煤塵增加問題,通過對工作面實(shí)施煤層注水、噴霧降塵系統(tǒng)的應(yīng)用及個體防護(hù)等綜合防塵技術(shù)后,降塵率達(dá)到70%以上,有效地降低了煤塵量,保證了員工的身心健康,提高了工作面的能見度,改善了工作環(huán)境,為安全高效生產(chǎn)提供了有力的保障。

煤塵 煤層注水 噴霧降塵 個體防護(hù) 職業(yè)健康 降塵率

1 引言

煤塵是指顆粒直徑小于1mm的粉塵,通常以浮游煤塵和沉積煤塵兩種形式存在,屬于煤礦治理的五大災(zāi)害之一。在割煤和裝運(yùn)的過程中均會產(chǎn)生煤塵,有資料統(tǒng)計(jì),采掘過程中產(chǎn)生的煤塵占據(jù)80%,裝運(yùn)過程中占據(jù)20%[1]。煤塵具有誘發(fā)塵肺病、呼吸道疾病和煤塵爆炸的隱患,造成工作面的能見度下降,環(huán)境惡化,嚴(yán)重影響員工的工作情緒,存在一定的安全隱患,因此,煤礦降塵工作刻不容緩。目前,相關(guān)學(xué)者對煤礦工作面煤塵防治技術(shù)進(jìn)行過大量研究[2-7],取得了碩果累累的成就。

保德煤礦81503工作面采用放頂煤采煤方法,采煤機(jī)割煤時產(chǎn)生大量的煤塵,惡化了工作環(huán)境,嚴(yán)重影響了員工的身心健康,增加了職業(yè)病的發(fā)生率,同時煤塵飛揚(yáng)造成工作面視線模糊,對標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和高效率、高效益的生產(chǎn)方針產(chǎn)生很大阻力,阻礙了神東公司建設(shè)幸福礦工工程的開展。針對降塵問題,保德煤礦采取一系列綜合防塵技術(shù),降塵率高達(dá)70%左右,起到了降塵,除塵的效果。

2 研究區(qū)概況

81503工作面位于8#煤層五盤區(qū),工作面沿煤層傾向布置走向推進(jìn),采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法,采用全部垮落法管理采空區(qū)頂板。沿8#煤底板回采,采高3．8m～4．0m,放煤高度3．3m～3．1m,采放比為1：0．868～1：0．775;遇地質(zhì)條件變化時,適當(dāng)調(diào)整;割煤步距為0．865m,一采一放平行作業(yè)雙輪順序放煤,確定放煤步距0．865m。

工作面長度240m,推進(jìn)長度2678m,地面標(biāo)高905m～1081．8m,底板標(biāo)高672．7m～707．9m,西鄰81504工作面,東為81502采空區(qū),南為五盤區(qū)集中輔運(yùn)大巷,北為81503新舊切眼之間的棄采實(shí)體煤。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,宏觀煤巖類型以半亮—半暗煤為主,平均厚度7．1m,含夾矸4層～5層,巖性以泥巖為主,此為炭質(zhì)泥巖,煤層傾角3～9°,屬于較穩(wěn)定煤層。

采用雙滾筒采煤機(jī)割煤、裝煤;升降支架尾梁、收縮尾梁插板放煤。依次由前、后部刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)運(yùn)煤,采用液壓支架支護(hù),實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)全回采過程的綜放工作面作業(yè)系統(tǒng)。

表1 平行順層鉆孔布置參數(shù)Tab.1 The layout parameters of parallel bores

1-煤層注水泵;2-KJ25閥門;3-注水主管;4-壓力表;5-高壓水表;6-注水支管;7-KJ25三通。

3 綜合防塵技術(shù)

工作面防塵系統(tǒng)由煤層注水系統(tǒng)、噴霧灑水系統(tǒng)及個體防護(hù)組成。

3.1 煤層注水

煤層注水時向煤層中注入壓力水,從而增加煤體中的水分,達(dá)到潤濕煤體的作用,進(jìn)而減少采煤時浮游煤塵的產(chǎn)生量。注水時,應(yīng)根據(jù)煤層具體條件合理調(diào)節(jié)水壓和流量,保證充足的注水時間,以便達(dá)到更好的降塵效果。

3.1.1 鉆孔布置

本工作面利用預(yù)抽瓦斯時布置在本煤層的平行鉆孔作為注水孔,管路布置在膠運(yùn)順槽內(nèi),鉆孔每隔10m布置一個。主要的技術(shù)參數(shù)見表1。

3.1.2 注水系統(tǒng)

該工作面采用靜壓注水,就是利用井下供采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的冷卻專用管網(wǎng)水。待瓦斯預(yù)抽支管路拆除后,及時通過DN50mm/DN25mm變徑連接高壓膠管至瓦斯預(yù)抽放鉆孔口的法蘭盤,連接管路,形成本煤層注水系統(tǒng),將水注入煤體,每次注水至少連接4個孔,當(dāng)工作面煤壁距離第一個注水鉆孔剩余40m左右時,拆除第一組注水鉆孔管路(1#～4#)連接到下一組未注水孔(5#～8#),以此類推。每次注水6小時,并在水管上安裝水流量表,以便觀測流量,查看注水效果。注水期間,當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤體吸水膨脹,造成頂、底板變形或工作面涌水量大量增加時,要及時停止注水。

3.2 噴霧降塵

噴霧降塵是向浮游于空氣中的煤塵(浮游煤塵)進(jìn)行噴霧,使其霧化,由懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)化成沉積狀態(tài),達(dá)到降低煤塵濃度的效果,所有噴霧及水幕割煤時必須開啟并保證其完好。

表2 工作面防塵前后粉塵濃度測試數(shù)據(jù)Tab.2 The test data of dust concentration of working face dust control before and after

噴霧降塵系統(tǒng)由采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧、工作面架間負(fù)壓除塵噴霧、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧、進(jìn)回風(fēng)巷水幕及工作面捕塵網(wǎng)及回風(fēng)巷防塵濾網(wǎng)組成。

3.2.1 煤機(jī)內(nèi)、外噴霧

81503工作面選用JOY公司生產(chǎn)的7LS6C-LWS715型采煤機(jī),采煤機(jī)左右滾筒、搖臂設(shè)有內(nèi)、外噴霧系統(tǒng),各布置相應(yīng)個數(shù)的噴頭,左右搖臂各加一組高壓外噴霧;在左右截割電機(jī)外側(cè)各加一組噴霧,用于濕潤,降低內(nèi)噴霧壓力≥2．0MPa,外噴霧壓力≥4．0MPa[8],高壓噴嘴噴霧壓力≥8．0MPa,噴霧的有效射程≥6．0m,霧流的霧化粒度≤100μm。噴霧系統(tǒng)與工作面采煤機(jī)聯(lián)動,噴霧泵站有三臺噴霧泵,其中兩臺使用,一臺備用,高壓外噴霧水必須過濾凈化,確保水質(zhì)清潔。水源自噴霧泵加壓過濾后,由高壓軟管從移變泵站到工作面電纜槽,再經(jīng)拖曳電纜夾到采煤機(jī)進(jìn)行噴霧灑水。噴霧的高壓膠管必須單獨(dú)敷設(shè)。內(nèi)外噴霧系統(tǒng)形成霧網(wǎng),最直接地潤濕煤體及捕獲煤塵,有效地降低了浮游煤塵量。

3.2.2 工作面架間負(fù)壓噴霧

工作面架間噴霧進(jìn)行捕獲隨通風(fēng)飛揚(yáng)的浮游煤塵,對其進(jìn)行潤濕,縮減飛揚(yáng)速度及行程,使其盡快地由浮游態(tài)轉(zhuǎn)化成沉積態(tài)。81503工作面架間負(fù)壓噴霧采用兩套布置方式分別布置,一套為布置在工作面支架頂梁前部的固定噴霧,從10#支架開始安裝,每隔5臺支架設(shè)一道,共設(shè)26道噴霧,每道噴霧設(shè)4個噴嘴;另一套為布置在工作面支架尾梁前部的固定噴霧,從10#支架開始安裝,每隔10臺支架設(shè)一道,共設(shè)14道噴霧,每道噴霧設(shè)2個噴嘴,共安裝28個噴嘴進(jìn)行噴霧降塵。

3.2.3 全斷面降塵水幕和凈化風(fēng)流水幕

全斷面降塵水幕和凈化風(fēng)流水幕既能潤濕煤塵,阻止煤塵飛揚(yáng)、通過,進(jìn)而捕獲煤塵,又能凈化空氣,增加工作面的濕度,降低溫度,為其后方作業(yè)人員提供一個舒適的工作環(huán)境。81503工作面膠運(yùn)順槽及一號回風(fēng)順槽超前工作面30m各設(shè)置一道凈化風(fēng)流水幕,一號回風(fēng)順槽距工作面50m范圍內(nèi)安設(shè)一道全斷面捕塵網(wǎng)并加設(shè)水幕,水幕封閉巷道全斷面,隨著工作面的推進(jìn)不斷向外移動。在膠運(yùn)順槽及回風(fēng)順槽每隔500m設(shè)置一道凈化水幕;所有噴霧及水幕割煤時開啟并保證完好,有效降低巷道中的煤塵。

圖1 工作面防塵前后粉塵濃度對比Fig.1 The dust concentration contrast of working face dust control before and after

圖2 粉塵降塵率Fig.2 The dust control rate of dust

工作面支架前布置3道捕塵網(wǎng),分別在36#、80#及110#支架。在每道捕塵網(wǎng)上風(fēng)側(cè)安裝8個噴嘴,共安裝24個噴嘴,以確保水幕灑在捕塵網(wǎng)上,及時將網(wǎng)上的煤塵沖洗掉,保證通風(fēng)凈斷面不受影響。

3.2.4 轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧

轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧用于潤濕、捕獲運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的煤塵,減少空氣中的浮游煤塵。81503工作面在轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身和皮帶機(jī)尾轉(zhuǎn)載點(diǎn)各設(shè)置一道噴霧,共設(shè)4個噴嘴噴霧,水源來自于轉(zhuǎn)載機(jī)冷卻水回水,開機(jī)時噴霧自動開啟;在前,后部運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接處各設(shè)置一道噴霧,共設(shè)4個噴嘴噴霧,水源來自于運(yùn)輸機(jī)冷卻水回水,開機(jī)時噴霧自動開啟。

3.2.5 灑水滅塵

工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽定期清掃或沖洗煤塵,并清除堆積的浮煤,距工作面20m范圍內(nèi)的巷道,每班至少沖洗一次,20m以外的巷道每周至少沖洗一次,并清理堆積浮煤。

及時清掃工作面液壓支架、移變列車及順槽高壓電纜上的煤塵;每旬對膠運(yùn)順槽至少沖洗一次;每周對一、二號回風(fēng)順槽沖洗一次。沖洗標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)5m內(nèi)落塵不超過2mm。

3.3 個人防護(hù)

加強(qiáng)個體防護(hù),進(jìn)入工作面及兩順槽工作人員必須佩戴防塵口罩進(jìn)行個體防塵,進(jìn)一步阻止殘余浮游煤塵進(jìn)入呼吸道,減少了人員的對煤塵的攝入量。

4 效果考察

81503工作面在采用綜合防塵技術(shù)前后進(jìn)行粉塵濃度測定對比,試驗(yàn)采用直讀式粉塵濃度測定儀測試,測試位置在煤機(jī)割煤下風(fēng)側(cè)10m左右,采樣流量15L/min,采樣時間1min,采樣體積為15L。先后兩次試驗(yàn)分別在相同環(huán)境下選定10個測塵點(diǎn),每個測塵點(diǎn)測試2次,共20組數(shù)據(jù),具體測試數(shù)據(jù)見表2,先后測試粉塵濃度變化如圖1所示。

由表2數(shù)據(jù)作粉塵濃度折線圖如圖1所示,明顯看出防塵前后粉塵濃度發(fā)生了很大的變化,81503采用綜合防塵技術(shù)后,粉塵濃度下降率平均值在70%以上,降塵效果十分顯著。粉塵降塵率如圖2所示。

5 結(jié)語

(1)81503工作面通過實(shí)施煤層注水、不同區(qū)域噴霧降塵等綜合防塵技術(shù),有效的降低了工作面溫度和粉塵濃度,使得員工的工作環(huán)境更加舒適。

(2)煤層注水提前潤濕煤體內(nèi)的原生煤塵,同時增強(qiáng)了煤體塑性,減少了煤體的破碎度,降低了煤塵的飛揚(yáng);各噴霧系統(tǒng)對產(chǎn)生后的煤塵進(jìn)行二次降塵,使得81503工作面的粉塵濃度下降率高達(dá)70%以上,降塵效果顯著。

(3)極大地降低粉塵對員工的傷害,凈化空氣,減少了職業(yè)病的發(fā)生,保障了員工的身心健康,同時增加了81503工作面的能見度,促進(jìn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

[1]龐成,王宏圖.談煤礦井下煤塵防治[J].重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,17(3):149-150.

[2]尚書海,趙軍凱等.峰峰煤礦瓦斯煤塵防治技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

[3]王花平,宋和君,王海寧等.簡析綜合防塵技術(shù)在礦井中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2006,(12):62-64.

[4]常海虎.礦塵防治[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.

[5]王緒友.綜采放頂煤采煤工作面綜合防塵技術(shù)應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2007,(1):21-22.

[6]黃成玉,張全柱,鄧永紅.煤礦綜合防塵技術(shù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2011,(1):63-67.

[7]匡中文,李許偉,孫川.淺析厚煤層綜放開采煤塵及其防治技術(shù)[J].山西焦煤科技,2009,(8):32-34.

[8]李玉文,賈寅明,楊景旺.煤炭綜合防塵新技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2008,17(7):69-71.

This paper is for the problems of coal dust caused by high degree of mechanization increased in Baode mine 81503 mechanized caving face,coal water through the implementation of the face,spray dust suppression systems and personal protection technologies such as integrated dust,dust rate of more than 70% effective reducing the amount of coal dust,ensured the physical and mental health staff to improve the visibility of the face,for the safe and efficient production provides a strong guarantee.

Dust coal injection spray dust personal protection occupational health dust rate