鲍店煤矿综掘面智能干式除尘系统研究应用.pdf

第4 2 卷第l 期 2 0 2 1 年2 月 煤炭科技 C O A LS C I E N C E T E C H N O L O G YM A G A Z I N E V 0 1 ．4 2N o ．1 F e b ．2 0 2 1 文章编号1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 2 1 0 1 0 1 1 8 0 4 鲍店煤矿综掘面智能干式除尘系统研究应用 王贵祥1 ，郭英2 ，王旭2 ，田胜利1 1 ．山东天河科技股份有限公司，山东济宁2 7 2 0 0 0 ；2 ．兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东济宁2 7 2 0 0 0 摘要根据兖矿集团鲍店煤矿井下综掘工作面煤层特点、水质条件以及现有除尘装备系统进行分析 和调研，结合粉尘运移规律和产尘机理，设计了以P L C 为控制核心、以干式除尘器为装备核心的成套 化除尘方案，形成对综掘工作面的全面覆盖以及智能自洁除尘配合，降尘效率达到9 9 ％以上，对降低 现场粉尘浓度、保证职工职业健康、实现安全生产具有重大意义。 关键词煤矿；综掘面；智能干式除尘系统 中图分类号T D 7 1 4 ．4文献标志码A R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n td r yd u s tr e m o v a ls y s t e mf o rf u l l y - m e c h a n i z e d d r i v i n gf a c ei nB a o d i a nC o a lM i n e W A N GG u i x i a n 9 1 ，G U OY i n 9 2 ，W A N GX u 2 ，T I A NS h e n g l i l 1 ．S h a n d o n gT i a n h eT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，J i n i n g 2 7 2 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．B a o d i a nC o a fM i n e ，Y a T I z h o l C o a lI n d u s t r yC o ．，L t d ．，J i n i n g2 7 2 0 0 0 ，G 矗i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sa n di n v e s t i g a t i o no fc o a ls e a n lc h a r a c t e r i s t i c s ，w a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n sa n dt h ee x i s t i n gd u s tr e m o v a l e q u i p m e n ts y s t e mo ft h ef u l l y m e c h a n i z e dd r i v i n gf a c ei nB a o d i a nC o a lM i n eo fY a n k u a n gG r o u p ，c o m b i n e dw i t ht h ed u s tr u o v e m e n tl a w a n dd u s tg e n e r a t i o nm e c h a n i s m ，Ac o m p l e t es e to fd u s tr e n l o v a ] s c h e n l ew a sd e s i g n e dw i t hP L Ca st h ec o n t r o lc o r ea n dd r yd u s tc o l l e c t o r a st h ee q u i p m e n t } o r e ，a n dh a sf o r m e dac o m p r e h e n s i v e o v e r a g eo ft h ef u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ea n di n t e l l i g e n ts e l f - c l e a n i n g 1 u s t r e m o v a lc o o p e r a t i o n ，S Ot h a tt h ed u s tr e d u c t i o ne f f i c i e n c ycanr e a c hm o r et h a n9 9 ％，w h i c hi s o tg r e a ti m p o r t a n c et or e d u c i n gt h ed u s t c o n c e n t r a t i o no ns i t e ，e n s u r i n gt h eo c c u p a t i o n a lh e a l t ho fe m p l o y e e s ，a n da c h i e v i n gs a f ep r o d u c t i o n ．s i g n i f i c a n c e ． K e y w o r d s c o a lm i n e ；f u l l y m e c h a n i z e dd r i v i n gf a c e ；i n t e l l i g e n td r yd u s t r e n l o v a ls y s t e m C L Cn u m b e r T D 7 1 4 ．4D o c u m e n ti d e n t i f i c a t i o n A 随着综掘工作面掘进效率的不断提高，巷道断 面加大，作业时产尘量也迅速增加，粉尘中广泛分布 着大量游离的二氧化硅，极易产生硅肺病，对职工健 康危害很大；大量悬浮于空气中的粉尘造成现场能 见度降低，现场作业人员对环境的观察范围缩小，不 能及时发现现场存在的安全隐患，对现场的安全生 产造成很大威胁；粉尘的堆积使机械设备加速磨损、 老化，使设备故障率增高。另外，煤尘浓度达到一定 值时，遇到火源还有可能发生煤尘爆炸，对生产造成 严重威胁_ J 。因此，设计研发智能高效的成套化除 尘系统，是当务之急。 1 现状分析 1 ．1 国内外矿用除尘系统的发展及现状 国外一些发达国家对于矿用除尘设备的研发起 步较早，2 0 世纪8 0 年代得到迅速发展，一些西方发 达围家研发了多种湿式除尘设备，以美围的湿式小 旋风、俄罗斯的湿式旋流吸尘泵等为代表，带动了湿 收稿日期2 0 2 0 0 8 1 2 D O I 1 0 ．1 9 8 9 6 ／j ．c n k im t k j ．2 0 2 1 ．0 1 ．0 3 0 作者简介王贵祥 1 9 9 6 一 ，男，山东临沂人，T 程师，2 0 1 9 年毕业于山东科技大学自动化专业，现从事电气设计T 作。 引用格式王贵祥，郭英，工旭，等．鲍店煤矿综掘面智能干式除尘系统研究应用[ J ] ．煤炭科技，2 0 2 1 ，4 2 1 1 1 8 1 2 1 ． W A N GG u i x i a n g ，G U OY i n g ，W A N GX u ，e ta 1 ．R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n td r y 1 u s tr e n l o v a ls y s t e mf o rf u l l y m e c h a n i z e dd r i v i n g f a c ei nB a o d i a nC o a lM i n e lJJ ．C o a lS c i e n c e ＆T e c h n o l o g yM a g a z i n e ，2 0 2 1 ，4 2 1 1 1 8 - 1 2 1 ． 1 1 8 万方数据 2 0 2 1 年第1 期王贵祥，等鲍店煤矿综掘面智能干式除尘系统研究应用第4 2 卷 式除尘的理念。国内矿井除尘治理起步较晚，目前 多采用煤层注水、喷雾降尘等耗水量大的除尘方法， 除尘效率低且二次污染严重。湿式除尘器具有体积 小、移动方便等特点，但是除尘器用水量大，水的排 放会影响到现场的作业环境，再加上维护时需要定 期将捕尘网抽出来进行清洗，增加了T 作量。随着 一些煤矿生产规模的扩大，粉尘量增加，尤其是西部 干旱缺水情况下，干式除尘凭着低能耗、无污染、高 效率正成为目前市场的迫切需要_ 2 。3J 。 1 ．2 鲍店煤矿除尘现状 鲍店煤矿八采区综掘工作面防尘主要难点有 煤层硬度不均匀，靠下部煤质较硬，综掘机截割时产 尘量较大；工作面防尘用水水质很硬，含杂质多，特 别是综掘机内喷雾水管、喷嘴堵塞快；控尘风筒使用 和除尘网清理等装备难以发挥最大功效。尽管鲍店 煤矿采用了综掘机内外喷雾、高效湿式除尘器和喷 雾加压泵系统，并取得了不错的除尘效果，但用过的 防尘水的排放对现场环境的影响较大，工作面粉尘 浓度始终未能降到规定要求范围内，影响工人的身 体健康。另外，煤尘浓度达到一定值时遇到火源还 有可能发生煤尘爆炸。因此，对除尘系统的研究十 分必要。 2 干式除尘系统 2 ．1 干式除尘器的研制 K C G X X D 系列矿用干式除尘器是在掘进工作 面通风除尘系统中，借鉴德国先进的干式除尘技术， 并与国内煤矿井下条件和通风要求合理的结合起 来，形成的完整的适用于国内掘进T 作面使用的干 式除尘设备。鲍店煤矿8 3 0 2 运输巷为矩形巷道，巷 道高3 ．5I l l ，宽4 ．6I l l 。为适应煤矿巷道的特定尺 寸，对干式除尘装置相关零部件及整体机构进行了 创新设计及优化，在保证除尘效率的前提条件下，使 其高度和宽度方向的尺寸对矿井具有普遍适应性。 除尘箱体结构如图1 所示。 图1 除尘箱体结构 F i g ．1 D u s tr e m o v a lb o xs t r u c t u r e 该设备采用紧凑型结构形式，将风道设计成2 个三角形，使设备在高度方向的尺寸大大降低，内置 特殊滤布材料的紧凑过滤元件，防水防静电。同时， 过滤元件的清洁是通过全气动形式的脉冲控制器来 控制短时的循环压缩空气脉冲实现，机理先进。经 检测，除尘效率高达9 9 ．5 ％，对呼吸性粉尘的除尘 效率也高达9 0 ％以上。干式除尘器实物如图2 所 不． ￡二垂．互嫠{ ＼刮板输送机 图2 干式除尘器实物 F i g ．2D r yd u s tc o l l e c t o ri nk i n d 2 ．2 控尘风筒 控尘风筒的正确使用是掘进面除尘达到理想效 果的关键因素，将控尘风筒与局部通风机供风正压 风筒连接，布置在除尘器吸风口与出风口之间。在 掘进作业时局部通风机提供的新鲜风通过控尘风筒 分流3 0 ％～4 0 ％ 南漏风口径控制 后，掘进面压入 风量小于抽出的风量从而形成低压区。低压区导致 吸风口后方的风向前流动补充，所以吸风口后控尘 风筒侧向漏出的十净、新鲜风就向掘进面流动，最终 使粉尘无法逸m 而被抽人负压风筒净化。 根据实验测试，应用控尘风筒除尘效率可以达 到9 6 ％以上，不用控尘风筒除尘效率仅能达到7 0 ％ 左右。工作模拟如图3 所示。 图3 控尘风筒工作模拟 F i g ．3 D u s tc o n t r o la i rd u c tw o r ks i m u l a t i o n 2 ．3 干式除尘器挪移方式 K C G - 4 0 0 D 矿用干式除尘系统主要由除尘箱、 刮板输送机、矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机、 以及负压风筒组成，由于滤布面积大，工作阻力也相 较于湿式除尘要大一些。因此，设计配套2 3 0k W 119 万方数据 2 0 2 1 年第1 期煤炭科技第4 2 卷 矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机配套使用。相 比目前鲍店煤矿普遍采用的湿式除尘设备，干式除 尘系统体积较大，设备倒移困难。为此，根据掘进巷 道的实际情况，需为干式除尘器设计挪移方案。 主吸风口放置于司机右前方1m 处，使粉尘没 有达到司机位置时就被吸入风道。设有防护网，用 来阻止大颗粒煤块等杂质吸人风道。负压风筒型号 按风量匹配为 6 0 0I l l l l l ，采用高强度风筒布，风简 钢圈间距不大于1 0 0m m 每节风筒骨架采用1 根直 径不低于6m i l l 的弹簧钢筋 。负压风筒用双腿 单 腿 风筒托架承托固定于二运胶带上方 侧帮 ，安 装时拉直负压风筒，尽量避免拐弯或堆叠，减少风 阻。对旋风机主机和干式除尘箱分别安装在2 个一 体式承载小车上，小车骑跨于可伸缩带式输送机机 尾轨道上，用拉杆与二运尾端车轮组相连，呈“机拖 式”布局形式，除尘主机随掘进机同步前进或后退。 干式除尘器挪移方式如图4 所示。 图4 干式除尘器挪移方式示意 F i g ．4 S c h e m a t i co ft h em o v i n gm e t h o d 除尘器利用履带移动时，因为掘进面现场底板 凹凸不平，可能会导致移动时造成装置偏移。因此 在除尘器履带承载架中设计具备横移调节功能的缓 冲托辊架以及抗轮托辊。 3 智能除尘监控系统 依据煤矿掘进工作面产尘、扩散机理及智能降 尘技术原理，利用目前先进的环境监测技术，根据作 业环境粉尘浓度、人员、瓦斯、风速和温度的变化，实 现降尘的智能控制。智能除尘系统框架如图5 所 刁i 。 该系统需要将粉尘传感器安装在距离除尘装置 电控主机1 5 0 ～2 0 0m 的巷道空阔地方，避免离除尘 装置过近、干预过大 传感器为快速移动装置式 ， 当粉尘浓度达到设定值时启动除尘器。在同位置安 装瓦斯传感器，前期设定瓦斯报警值后，设备运行状 态时，当瓦斯值高过设定值后，设备自动停机。将风 12 0 图5 智能除尘控制系统框架 F i g ．5I n t e l l i g e n td u s tr e m o v a lc o n t r o l s y s t e mf r a m e w o r k 速传感器安装在附壁风筒出风口位置，距离除尘装 置电控主机小于1 0 0m ，采集现场风速，在粉尘浓度 达到一定范围内，瓦斯未超过设定值，此时设备在内 部会根据逻辑运算来控制变频器频率，从而可以控 制除尘器除尘风量大小。同时也设有温度传感器， 对电机进行保护。现场安装的各类监测分析装置可 以实时监测现场环境参数，并将监测参数传输至控 制箱进行逻辑运算，算出最大粉尘浓度所需实际吸 收过滤最佳效果风速，通过控制变频器改变风机电 机转数从而控制风量大小，极大提高了除尘效率，降 低了能源消耗。所有采集的现场数据都可以在液晶 屏显示，并传输到远程P C 端，进行远程控制。 4 实践应用及效果分析 4 ．1 实践应用 根据鲍店煤矿8 3 0 2 运输巷特点，现场布置如图 6 所示，负压吸尘风筒通过专用轻型单轨吊装置吊 挂在巷道顶部网片上。前端风筒留有富余，随着每 班掘进，负乐风筒可以向前移动。吸尘风筒可以更 加接近T 作面，能在粉尘产生初期吸入更多粉尘，控 尘风筒在后端1 5 ～2 0m 处，使工作面前端形成负 压，粉尘不向后方扩散，减少随风流扩散逃逸的粉 尘。 4 ．2 效果分析 在鲍店煤矿8 3 0 2 运输巷进行干式除尘系统的 试验，主要技术参数见表1 ，对一个月内的使用情况 进行了现场数据的记录，干式除尘系统现场实验数 据见表2 。对表2 的数据进行分析可知，巷道采用 了干式除尘器以后，综合除尘效率高于9 6 ％，除尘 风机效率高于9 9 ％，现场效果如图7 所示。在普遍 适应巷道断面的情况下，除尘效果显著。 万方数据 2 0 2 1 年第1 期 王贵祥，等鲍店煤矿综掘面智能干式除尘系统研究应用第4 2 卷 磊苇 莓 ‘4 ．／- 茹 ‘ 劬删㈣㈣哙孚 雎八耕鲜至气 ◎翁蓬翕南矗b F 嗣骈二；毛d ⋯，犏高高，撅函她璋壁查睡墓卜 ≮。艺霾梨蠡黟k 絮。凳孽卷誉毒挲掣粪。 ㈣ 文平面图 图6 除尘系统现场布置示意 F i g ．6 S c h e m a t i cd i a g r a mo fs i t el a y o u to fd u s tr e m o v a ls y s t e m 表1 现场实验参数 T a b ．1F i e l de x p e r i m e n tp a r a m e t e r s 参数名称 技术参数 适应断面／I n 2 风机功率／k W 处理风量／ 0 1 3 r a i n “ 除尘器除尘效率／％ 呼吸性粉尘除尘效率／％ ≤2 4 ≤2X3 7 4 0 0 8 ％ 9 9 ≥9 6 表2 干式除尘系统现场实验数据 T a b ．2F i e l dt e s td a t ao fd r yd u s tr e m o v a ls y s t e m 司机位置 机尾 2 0 2 0 0 4 2 0 机尾后1 0m 机尾后2 5n 1 除尘风机m 口 9 5 2 10 4 6 l0 9 6 1 4 0 9 2 4 2 3 3 6 4 0 4 3 3 9 75 9 65 9 63 9 62 9 96 巅使用前 H 使用后 图7 现场效果对比 F i g ．7 L i v ee f f e c tc o m p a r i s o n 5结语 根据鲍店煤矿8 3 0 2 运输巷设计的成套化智能十 式除尘系统，从除尘方案、干式除尘器设计、多设备挪 移方式的配合到现场布置安装和智能化的除尘监控 系统，充分体现了设计的集成化、智能化和除尘的高 效性，降低了粉尘浓度，提高了综掘工作面除尘效果， 减少了粉尘对生产T 人的危害，降低了硅肺病的发病 率，避免了煤尘爆炸事故发生的可能性，为煤矿掘进 T 作面有效开展防尘T 作提供了保障。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 2 ] [ 3 ] 谢俊生．煤矿井下全岩巷道综抛干式除尘系统的研发与应用 [ J ] ．矿业安全与环保，2 0 1 7 ，4 4 5 4 9 5 2 ． X I EJ u n - s h e n g ．D e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fd r y , d u s tr e m o v a l s y s t e mf o rf u l l y m e c h a n i z e de x c a v a t i o no fa l l r o c kr o a d w a yi nu n d e r g r o u n de o a ] m i n e [ J ] ．M i n i n gS a f e t y ＆E n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n ， 2 0 1 7 ，4 4 5 4 9 - 5 2 ． 李如明，郭胜均，许学成，等．综掘工作面综合防尘技术的实践 与应用[ J ] ．矿、l p 安全与环保，2 0 0 5 ，3 2 5 6 4 6 5 ． L IR u n f i n g ．G U OS h e n g i n n ．X UX u e c h e n g ，e ta lP r a c t i c ea n da p p l i e a t i o no fc o m p r e h e n s i v ed u s tp r e v e n t i o nt e c h n o l o g yi nf u l l y 。。m e c h _ a n i z e de x c a v a t i o nf a c e [ J ] ．M i n i n gS a f e t y ＆E n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n ．2 0 0 5 ，3 2 5 6 4 ．6 5 ． 工利，柴龙成综掘] _ 作面综合除尘技术装备的研究与应用 [ J ] ．能源技术与管理，2 0 1 9 2 3 2 3 5 ． W A N GL i ，C H A IL o n g c h e n g ．R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fc o n l p r e h e n s i v ed u s tr e m o v a lt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n ti nf u l l ym e c h a n i z e d e x c a v a t i o nf a c e [ J ] ．E n e r g y ‘F e c h n o l o g ya n dM a n a g e m e n t ，2 0 19 2 3 2 3 5 F}0LⅡj P 万方数据