店坪礦采煤面轉載點密閉除塵技術研究

仝建鑫

(霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦,山西 方山 033100)

采煤工作面是煤炭的生產地點,我國對煤炭的需求量和生產量長期保持在各種一次性能源的首位,據統計,2021年煤炭消費量占56%,生產量占67%.煤體受采煤機割煤破碎后掉落至底板,經由刮板運輸機輸送至巷道中的膠帶運輸機上,由膠帶運輸機運至地面,這是最主要的煤炭運輸方式[1]。膠帶運輸過程中遇到兩條巷道交界處需要轉變運輸方向時,多采用兩條膠帶轉載的形式實現轉運,由上膠帶將煤流拋落至下膠帶上繼續運輸。煤體拋落過程中會產生大量粉塵,長時間連續運輸后轉載點處產生的粉塵逐漸累計,造成嚴重污染,在礦井通風系統作用下還會向遠端擴散污染整個礦井系統[2-3]。作業人員吸入大量粉塵后可能會引發塵肺病或其他呼吸性系統疾病,我國目前每年新增塵肺病患者約1.5萬。高濃度煤塵環境中如果有明火還可能引發煤塵爆炸,對礦井安全生產威脅極大。為了治理轉載點粉塵,目前多采用噴霧降塵、靜電除塵、除塵器吸塵、封閉除塵等技術[4-5],但這些技術實際使用效果并不理想。噴霧降塵霧化效果不好,用水量大,降塵效果不佳且容易降低煤質;靜電除塵及除塵器吸塵系統復雜,適用性較差;封閉除塵能有效避免粉塵向外擴散,但粉塵治理效果需要根據具體作業條件調整內部降塵系統的參數。本文在店坪礦采煤面轉載點處進行降塵實踐,實現了高效降塵。

1 9-205采煤工作面概況

店坪礦9-205工作面開采9號煤層,煤塵具有爆炸性,煤層自燃傾向性為第II類。工作面走向長246 m、傾向長1 258 m,高度為3.0 m,工作面可采儲量1.24×106t。采煤機一次采全高,開采過程中瓦斯絕對涌出量為3.66 m3/min,工作面供風量1 035 m3/min.

2 9-205采煤面轉載點粉塵治理現狀分析

采煤面是煤礦最重要的生產地點,采煤機高強度截割煤體產生的碎煤塊經過刮板運輸機輸送到膠帶運輸機上,這一轉運過程中存在的轉載點是運煤流程內產生粉塵的主要地點。運輸時,煤流與刮板運輸機一同向前做勻速運動,在轉載點處向下方膠帶機上做平拋運動,此處存在明顯的高度落差,煤流拋落到下方膠帶上時煤塊與煤塊之間、煤塊與膠帶之間相互碰撞產生粉塵。同時,煤流產生的連續沖擊作用會帶動周圍空氣向外迸出,使得下膠帶煤流上原有的沉積粉塵再次飛揚造成二次揚塵。

目前2-607采煤面轉載點處已經安裝了一個降塵水幕,但使用時發現其噴嘴霧化效果不佳,霧滴直徑較大,難以有效潤濕粒徑較小的呼吸性粉塵;噴嘴個數少且噴射角度小,無法完全覆蓋煤流產塵區域,噴頭堵塞現象比較嚴重。雖然增加了轉載點處煤流的含水量,具有一定的降塵效果,但現場實測發現轉載點旁的粉塵質量濃度依然高達150 mg/m3,對作業人員的身心健康有極大威脅。

3 轉載點降塵技術優化及效果

3.1 轉載點密閉除塵技術

當前轉載點粉塵處于開放治理狀態,煤流沖擊產生的粉塵容易隨工作面風流向遠處擴散。轉載點產塵屬于固定產塵源,可以密閉轉載點避免粉塵向外擴散,然后在密閉裝置內部噴射降塵介質,使產生的粉塵沉降下來隨煤流運走。

圖1給出了轉載點封閉降塵技術示意圖,主要結構是控塵密閉罩和膠帶條,該裝置從上膠帶開始延伸至下膠帶,在上膠帶末端和下膠帶起始端固定密閉罩支撐桿,將密閉罩固定在上下膠帶交界處,且密閉罩的上膠帶入口處和下膠帶出口處用柔性膠帶條封閉,當煤流經過時不會產生阻礙。下膠帶處的膠帶條范圍超過煤流平拋運動的最遠端,能夠有效防止煤流拋出密閉空間以外。

圖1 轉載點封閉降塵示意

密閉結構內部裝有自動控制的噴霧降塵裝置,當膠帶上運輸煤流時,煤流下落時沖擊下膠帶使其發生變形,觸發感應裝置,感應裝置自動向控制閥門發出信號打開噴霧水流開關,向煤流噴射霧滴。這樣能夠實現噴霧裝置和膠帶機運送煤流作業的聯動控制,避免膠帶未輸煤時仍持續噴射水霧造成資源浪費。系統主要依靠水流電磁閥和感應裝置工作實現噴霧供水的啟閉。所用的電磁閥參數如表1所示,電磁閥通電后,線圈產生磁力將閥門芯吸起,閥門處于打開狀態,通過電流的多少控制閥門的打開程度。

表1 電磁閥技術參數

感應裝置工作原理如圖2所示,實質為距離傳感器,作業原理為通過感應磁罐探測與被測金屬物體之間的距離,當距離較近時產生電流,通過高頻振蕩電路將電流放大發送給電磁閥。上膠帶輸送煤流下落至下膠帶上時產生沖擊作用,使下膠帶向下變形,此時感應裝置中的被測金屬物體與感應磁罐之間的距離減小,最終打開水流開關。感應裝置所用電路來自工作面已有用電部分,利用MY3*10電纜從工作面照明電路中接入,如圖3所示。

圖2 感應裝置工作原理

圖3 感應控制裝置用電示意

根據前人研究結果,霧滴與粉塵的粒徑匹配關系對潤濕效果有較大影響。在轉載點處設置測塵點,利用粉塵采樣器獲取粉塵樣品,通過粒徑分析儀測定發現大部分粉塵粒徑分布在5～40 μm范圍內,如表2所示,雖然40～60 μm的粉塵占比也較多,但粒徑范圍的粉塵對人體危害較小,因此主要治理粒徑較小的粉塵顆粒。所用的霧化噴頭應該有較好的霧化效果及擴散角度。

表2 轉載點粉塵粒徑分布

噴霧的技術參數如表3所示,霧滴直徑≤80 μm,與粉塵顆粒直徑近似,此狀態下的降塵效果最佳。

表3 噴霧技術參數

密閉控塵裝置內的噴霧降塵用水來自工作面常壓降塵用水,利用直徑為25 mm的礦用膠管供水,在降塵裝置水管入口前段安裝水質過濾器,保證霧化噴頭用水的潔凈程度,避免水中雜質過多造成霧化噴頭堵塞。降塵用水管路布置如圖4所示。

圖4 噴霧降塵用水管路布置示意

3.2 降塵效果分析

采煤面轉載點處的降塵效果好壞利用殘余粉塵量的多少以及粉塵減少程度評價。在轉載點旁1.5 m處(工人呼吸帶高度)固定兩臺測塵儀,型號為CCD-1000,分別用于測量呼吸性粉塵和總粉塵質量濃度,在沒有開啟除塵裝置、使用原有除塵裝置、使用改進后的除塵裝置3種條件下分別測定粉塵質量濃度。降塵率按照公式(1)計算[4]。

(1)

式中:μ為降塵率,%;c1為沒有降塵措施時的粉塵質量濃度,mg/m3;c2為采用綜合降塵措施后的粉塵質量濃度,mg/m3.

沒有開啟除塵裝置時,呼吸性粉塵和總粉塵平均質量濃度分別為202.7 mg/m3和 83.9 mg/m3,使用原有除塵裝置后,呼吸性粉塵和總粉塵平均質量濃度被降低至152.4 mg/m3和 58.3 mg/m3,粉塵質量濃度依然較高。利用改進后的除塵裝置后,呼塵和全塵質量濃度降至6.4 mg/m3和2.1 mg/m3,降塵率分別為96.8%和97.5%.

4 結 語

采煤面轉載點產塵嚴重,主要由于上膠帶煤流拋落至下膠帶時的沖擊碰撞所致?，F場實測發現原有水幕降塵效果較差,呼吸性粉塵和總粉塵殘余質量濃度高達152.4 mg/m3和 58.3 mg/m3.對轉載點進行密閉除塵改進,使用密閉罩和全自動噴霧裝置除塵后,呼塵和全塵質量濃度降至6.4 mg/m3和2.1 mg/m3,降塵率分別為96.8%和97.5%.