高瓦斯矿井综采工作面粉尘防治技术探讨.doc

高瓦斯矿井综采工作面粉尘防治技术探讨 王 炜1，胥 奎2 1．晋城煤业集团胡底煤业投资有限公司，山西晋城048000；2．煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆400037 摘 要针对高瓦斯矿井综采工作面的特殊性，提出在高瓦斯矿井综采工作面采取煤层注水、采煤机高压引射降尘、采煤机尘源智能跟踪高压喷雾降尘、液压支架高压喷雾降尘以及粉尘浓度超限自动喷雾降尘等综合防尘措施的建议，介绍了各种措施的工作原理、系统组成及其布置等。 关键词高瓦斯矿井；综采3-．作面；粉尘防治 中图分类号TD714．4 文献标识码B 文章编号1671-0959200906-0052-03 1 概述 随着国民经济的不断发展，我国对煤炭资源的需求量会越来越大，煤矿的开采强度和深度将会不断增加，导致高瓦斯矿井的产量越来越大，在生产过程中产生的生产性粉尘浓度也会越来越大，不仅会严重地危害从业人员的身体健康，还会严重地威胁着矿井的安全生产。 煤矿主要产尘源是采掘工作面，其中尤以综采综掘工作面产尘浓度最高，在不采取任何措施的条件下，综采综掘工作面的粉尘浓度均可达1000～3000mg／m3。高瓦斯矿井由于瓦斯涌出量大，使其在开采的过程中采掘工作面的通风量很大，胡底煤矿综采工作面的设计通风量为3500m3／min，工作面风速达到3．89m／s；其综掘工作面的设计通风量为1200m3／min。这样大的通风量，使工作面的产尘浓度更高，有的甚至高达3000mg／m3以上。同时，高风速和大风量也给工作面的粉尘治理带来了相当的难度。因此，如何高效降低综采综掘工作面的粉尘浓度，已经成为当前亟需解决的问题，必须采取可靠、完善、经济的综合防尘措施。 2 粉尘防治技术 2．1煤层注水技术 煤层注水预湿煤体是降低煤层开采时产尘量最根本、最有效的手段。国内曾对煤层注水量和煤体水分增量对降尘效率的影响作过研究，如图1、图2。 由于注入煤层的水主要是通过煤体的孔隙和裂隙进入煤体，润湿原生煤体，因此，煤体的多孔性和裂隙性乃是煤层注水的先决条件，直接影响煤层注水的效果。高瓦斯矿井在开采之前，按照国家治理瓦斯的十二字方针，应先进行瓦斯预抽。瓦斯预抽一方面可以降低煤层在开采过程中的瓦斯涌出量，降低煤体中的瓦斯压力，提高开采时的安全性；另一方面瓦斯被抽出后，增加了煤体的孔隙率，为煤层注水奠定了较好的先决条件。因此，高瓦斯矿井在进行煤层注水时，应首先考虑利用瓦斯抽放孔进行注水，这样既能取得较好的注水效果，也可以减小煤层注水的工程量，有利于降低成本。 研究表明，动压注水效果比静压注水效果好。采取动压注水时，其注水压力、单孔注水量分别按式1、式2进行计算 1．2～1．5Pw≤P≤Pr 1 式中P注水压力，MPa；Pw煤层中瓦斯压力，MPa；Pr上覆岩层压力，MPa。 QKLBHγq 2 式中Q单孔注水量，m3；K系数包括漏水及钻孔前方煤体吸水，取1．1；L钻孔长度，m；B钻孔间距湿润煤体的宽度，m；H煤层厚度，m；γ煤的容重，kN／m3； q吨煤注水量，m3／t。 2．2采煤机高压外喷雾降尘技术 高压外喷雾降尘系统主要由高压喷雾泵、自动控制水箱、高压精密水质过滤器、多管引射降尘器、高压管路及附件等组成。高瓦斯矿井由于瓦斯涌出量大，工作面通风量大，导致工作面的风速高，因此，在考虑高压喷雾参数时应重点考虑喷嘴的条件雾化角、有效射程、喷雾压力、喷雾流量等参数，且在布置多管引射降尘器时应考虑将降尘器尽可能靠近采煤机滚筒，以使高压喷雾的雾流尽可能多地到底采煤机滚筒，国内应用较多的布置方式如图3。 国内高瓦斯矿井综采工作面的风速有的达到6～8m／s，因此，普通的降尘器喷嘴很难满足高效降尘的需要。对于这种高风速条件下的高压喷雾，喷嘴的参数应达到条件雾化角≤30；有效射程≥8m。 按照AQ1020-2006煤矿井下粉尘综合防治技术规范，高压喷雾的喷雾压力不得低于8MPa，喷雾流量一般应大于50～60L／min。因此，高压喷雾泵可按以下要求进行选择。喷雾泵流量、喷雾泵压力可分别按式3、式4计算 qb≥1．10qp 3 式中qb喷雾泵流量，当只考虑采煤机高压外喷雾用水时，流量应不小于55～65L／min；qp喷雾流量，L／min。 PbPp△p 4 式中Pb喷雾泵的额定压力，MPa；Pp高压喷嘴的喷雾压力，MPa；△p供水系统总的压力损失管路的沿程阻力损失和局部阻力损失之和，管路的长度一般为200～500m，在选择管路时，其直径的确定应使沿程阻力损失不大于3MPa，局部阻力损失不大于1MPa。 2．3采煤机尘源智能跟踪高压喷雾降尘技术 采煤机尘源智能跟踪高压喷雾降尘技术利用红外传感原理，在采煤机滚筒尘源处形成从支架上方自上而下的始终覆盖滚筒范围的喷雾水幕，与采煤机机身上安装的高压外喷雾降尘装置配合，可在滚筒处形成“三维立体”控尘水幕，尤其是在配风大、产尘强度高的采煤工作面，可显著降低采煤机割煤时的粉尘浓度，极大地改善采煤作业点的劳动卫生条件。其主要由KXJP1-220CG型采煤机尘源跟踪喷雾控制箱、CGHH1-5F型红外发射器、CGHH1-5J型红外接收器、DF20-63型防爆电磁阀、DXJPl-220型红外发射器电源箱及连接电缆、供水管路等组成，其工作原理如图4。 2．4粉尘浓度超限自动喷雾降尘技术 粉尘浓度超限自动喷雾降尘技术是利用粉尘浓度传感器感应风流中的粉尘浓度，并将浓度值传输到控制箱后，由软件判断其是否超过设限值，超过设限值，打开喷雾，低于设限值，停止喷雾。如果传感器出现断线或者未接入传感器时，控制箱将同时打开电磁阀喷雾。在喷雾期间，当有人通过时，光控探头感应人体发出的热量并转换成电信号，将其输入到热释电红外控制电路，热释电红外控制电路通过继电器控制电磁阀的电源，从而关闭电磁阀，停止喷雾，延时时间到后，自动重新启动喷雾。其系统布置如图5。 3 结语 高瓦斯矿井综采工作面由于瓦斯涌出量大，一方面必须采取先抽后采的措施，另一方面必须采取综合防治粉尘措施，方能解决工作面的高浓度粉尘危害。目前主要采用煤层注水技术、采煤机高压引射降尘技术、采煤机尘源智能跟踪高压喷雾降尘技术、液压支架高压喷雾降尘技术和粉尘浓度超限自动喷雾降尘技术等。由于采取了“先抽后采”的措施，高瓦斯矿井综采工作面在采取煤层注水措施时，可以考虑利用瓦斯抽放钻孑L进行煤层注水的方法，这样既能节省煤层注水的工作量，降低生产成本，同时，由于在瓦斯抽放后增加了煤层的裂隙，减小了煤体的瓦斯压力，更有利于增加煤层注水的注水量，从而提高煤层水分含量，提高降尘效率。由于工作面风速高，采用普通的高压喷雾降尘技术很难达到高效降尘的目的，在工作面采取采煤机负压引射降尘技术和尘源智能跟踪高压喷雾降尘技术，为采煤机形成“三维立体”的高压喷雾雾流，可以克服高风速带来的影响。为了提高对液压支架尘源的降尘效率，建议将目前的常规低压喷雾降尘技术改为高压喷雾降尘技术，以提高喷雾降尘的抗风能力。最后采用粉尘浓度超限自动喷雾降尘，对工作面粉尘实施在线监测监控，从而保证工作面的粉尘浓度不超过设定限值，保障作业人员的身体健康和矿井的安全生产。 参考文献 [1] 李德文，等．煤矿粉尘及职业病防治[M]．徐州中国矿业大学出版社，2007． [2] 卢鉴章．煤矿灾害防治战略对策．煤炭科学研究总院50周年院庆科技论文集[C]．北京煤炭工业出版社，2007． [3] 李德文，等．煤矿粉尘防治新技术及发展方向．煤炭科学研究总院50周年院庆科技论文集[C]．北京煤炭工业出版社，2007． 作者简介王炜1974，男，山西陵川人，1997年毕业于中国矿业大学采矿工程系，现任晋城煤业集团胡底煤业投资有限公司总工程师。