紫晟煤矿综合防尘技术的实践应用.pdf

2020 年 7 月2020 年第 7 期 煤矿生产作业过程中所产生的粉尘不仅会给工作 人员造成职业危害，同时也危及矿井的生产安全。具 有煤尘爆炸危险的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事 故的可能，其可能会导致矿毁人亡。在煤矿企业中， 由于粉尘引起尘肺病的概率每年不断增加，严重影响 工作人员的身心健康。特别是近年来随着煤矿采掘机 械化程度和现代化程度的提高，采掘强度的加大，在 煤矿采、掘、运及回风巷、尾巷等生产过程中均会产 生大量粉尘，其产尘量比传统开采技术大大增加，粉 尘的治理也成为目前现代化开采的主要技术难点之一。 1粉尘治理现状分析 紫晟煤矿为改变综掘工作面的作业环境做出了不 懈的努力，早在 20 世纪 90 年代刚刚引进综掘机时， 就引进了综掘机除尘装置。为了提高除尘装置的除尘 效果，努力增加除尘风机的负压和风量，实际使用当 中存在很多困难，要想达到设计效果，需要很大的除 尘装置，需要占用大量的巷道空间，工人移动十分困 难，增加了许多辅助工序。而在高突瓦斯矿井中使用 除尘风机还会给安全生产带来一定的安全隐患，首先 是抽出风筒的瓦斯浓度无法控制，违反 煤矿安全规 程 的有关规定，工人不愿意使用。20 世纪 90 年代还 引进了综掘工作面水射流除尘风机，虽然在使用的安 全性上有所提高，但在使用过程中仍有很大的局限性。 因为水射流除尘风机要求要有 10 m 多的硬质负压风 筒，靠高压射流形成负压降尘，高压水射流要靠高压 泵提供，降尘的水和粉尘回到泵站的储水箱体循环使 用。这就要求掘进的巷道坡度要很小，否则水不能循 环，要不断加水，影响环境质量。另外，要求工作地点 的巷道要非常直，否则硬质负压风筒不能移动。实际 上，在中国的多数矿井生产中，上述条件是很难实现 的，难以推广和应用。根据上述问题，紫晟煤矿对综掘 防尘工作进行了系统研究，找到了能够很好地解决上述 问题的方法[1]。 2综掘机降尘装置的研究与实践应用 为了解决上述问题，改变综掘工作面粉尘处理的思 路，为找到一种既能克服上述难题又便于使用的装置， 进行了大量的技术攻关，研究出了一种综掘工作面降 尘装置，变目前的除尘为降尘，从根本上摆脱目前国内 综掘工作面粉尘处理的“产尘抽出处理”的包围 圈，实现就地除尘。问题提出以后，对每个环节逐一进 行研究、分析、试验，最后形成整体方案[2]。 2.1综掘工作面降尘装置加压系统的研究 要想达到理想的降尘效果，必须采取高压喷雾措 施，目前所有矿井的水源水压一般在 2 MPa 左右，有 的更低，这是造成综掘机内喷堵塞、外喷降尘效果差的 主要原因。开始在综掘工作面采用高压喷雾措施取得了 一定的效果，但是，这需要在掘进工作面的后路或附近 增加一个高压泵站，其结果是增加了较多的辅助工序， 增加了一定数量的电气设备，对巷道的空间也有一定 的影响，增加了掘进成本，实际使用时并不是最佳方 案。试验研究时，以矿井的压力风为动力对降尘水源加 压，能够很好地避免上述不足，而且使用非常安全，因 此，按照设计要求选择风动加压设备，要求加压设备的 收稿日期2020-02-11 作者简介郭军，1987年生，男，山西霍州人，2014年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，助理工程师。 紫晟煤矿综合防尘技术的实践应用 郭军 （ 霍州煤电集团紫晟煤业有限公司，山西 霍州 031400 ） 摘要 基于紫晟煤矿综掘工作面粉尘处理技术难题，介绍了综掘机强力外喷自动加液装置的研制应用过程，就紫晟 煤矿综掘工作面粉尘处理的难题提出解决方案，在实际应用中取得了良好的效果，为国内综掘工作面的粉尘处理提供了 一种新的解决方案，是一种抓住了粉尘源头的治理新方法，为国内综掘工作面粉尘处理工作的顺利进行提供了参考。 关键词 综掘工作面；综掘机；粉尘处理；防尘技术 中图分类号 TD74文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0187-02 Practice and Application of Comprehensive Dust-proof Technology in Zisheng Coal Mine GUO Jun Zisheng Coal Industry Co., Ltd., Huozhou Coal Electricity Group, Huozhou 031400, Shanxi, China Abstract In view of the technical problems of dust treatment in Zisheng Coal Mine, this paper introduced the development and application process of the automatic liquid adding device for the powerful external spraying of the roadheader, and put forward the solutions to the problems of dust treatment in Zisheng Coal Mine, which has achieved good results in practical application, and has opened up a new dust control technology solution for dust treatment in fully mechanized excavation face in China. This is a new to control the dust source, which provides a reference for the domestic fully mechanized excavation work. Key words fully mechanized excavation face; roadheader; dust treatment; dust-proof technology （总第 178 期） 实践运用 187 2020 年第 7 期2020 年 7 月 （上接 149 页） 参考文献 ［1］ 梁家豪.不同支护形式下巷道破坏情况平面相似模型试验研 究 ［J］ .能源与环保， 201912 162-167. ［2］ 王建锋.3314 综采工作面末采巷道支护技术研究 ［J］ .矿业装 备， 20196 64-65. ［3］ 井涛.复杂地质条件下巷道强化支护探究 ［J］ .能源与节能， 201912 84-85. ［4］ 杨建辉.特大断面切眼受载变形特征与支护技术研究 ［J］ .价 值工程， 2019， 3836 160-163. ［5］ 郭相平， 郝登云.深部软岩巷道围岩变形特征及全锚索支护机 理 ［J］ .中国矿业， 2019， 2812 123-127. ［6］ 程岗.深综采工作面回采巷道变形控制技术研究 ［J］ .当代化 工研究， 201915 43-44. （ 责任编辑刘晓芳 ） 体积要小，效率要高。目前，国内的技术水平不能满 足要求，经过多方努力，选择了一家国外生产的产品 作为配套部件，达到了设计要求[3]。 2.2降尘装置降尘剂添加系统的研究 为了彻底解决综掘工作面的粉尘危害，必须研究 一种能够自动添加降尘剂的装置，目前国内所有的除 尘设备都不能很好地解决这个问题。但是，严格按照 设计比例将降尘剂恒比例添加到降尘的水中又会遇到 很多难题，首先是一个恒比例问题，要求加入水中的 降尘剂必须与降尘用水形成恒比例，不能出现忽大忽 小的情况，这样既浪费资源，也不能达到很好的降尘 效果。设想用一种外部加压泵将降尘剂加入降尘装置 的水中，但试验中出现了一些问题，要求外部加压泵 的流量要与降尘用水的流量始终保持一定的比例，实 际上很难做到，因为每个矿井的水源水压各不相同， 在确定降尘装置的喷雾参数之后，水源的压力与流量 有直接关系，实际作业中很难保证恒比例。因此，进 一步对添加装置进行研究，设想能否利用装置本身自动 加压的动力添加降尘剂。设计的加压装置是以压力风为 动力，通过试验效果很好，因为装置的降尘水加压和降 尘剂用统一动力，不管动力如何变化，降尘水和降尘剂 的动力始终保持一致，能够保持对降尘剂的恒比例添 加，问题得到了解决。具体方案是，降尘水源的加压 和降尘剂的添加 2 个系统使用同一压力风源，水源流 量变化时，降尘剂的流量也变化，始终保证降尘剂的 添加量与水源的流量百分比是个定值。 2.3降尘装置喷雾喷嘴的研究 降尘装置的喷嘴在整个装置中也是十分重要的。 在研制装置的过程中，对不同的自制喷嘴进行了试验， 试验条件为，水源水压 1 MPa，使用动力风压 0.5 MPa， 试验数据如表 1 所示。 表 1喷嘴试验参数结果 通过试验可知，使用 3 个喷嘴的射程最远，但降 尘的有效宽度最小；使用 6 个喷嘴的有效宽度最大， 但耗水量大，可能造成环境污染。因此，在整体试验 时，采用 5 个喷嘴进行研究试验。 2.4整机的试验研究 在确定各个部件的参数之后，按照最优试验结果 进行组装、现场试验、测试降尘效果。第一台样机地 面研制成功后，选择在集团公司有代表性的紫晟煤矿 井下试验，因为紫晟煤矿的综掘工作面多，条件特殊， 曾经使用过多种除尘风机，试验的目的就是看研制的 降尘设备是否能够克服传统除尘风机的弊病。选择了紫 晟煤矿 309 运输平巷进行试验，数据如表 2 所示。 表 2现场试验结果情况表 3结语 从现场检测结果分析中可以看出，由于目前国内 的所有综掘机的内喷普遍容易堵塞，基本不起作用， 只有靠外喷降尘。但受水源压力的影响，外喷的作用 也不明显。目前解决综掘工作面的降尘问题主要靠除 尘风机。实际上除尘风机风筒的断面不足 0.3 m2，而目 前国内综掘工作面的断面多在 15 m2左右，要想用 0.3 m2断面的负压解决 15 m2左右断面的粉尘，难度是 非常大的。从试验结果可以看出，在不使用任何装置 的情况下，全尘质量浓度高达 1 850 mg/m3，是国家标 准的 185 倍；使用除尘风机时，全尘的质量浓度也是国 家标准的 60 多倍。而使用降尘装置比使用除尘风机降 尘效果提高了 10 倍以上，通过添加降尘剂，提高降尘 效果 20 倍以上，特别是对人体危害最大的呼吸性粉尘 的降尘率非常明显，比不使用降尘装置提高 110 多倍， 是目前国内其他除尘设备不能实现的。因此，解决目 前的综掘粉尘问题，采用强力降尘，从源头治理，是 非常有效的手段。 参考文献 ［1］ 许满贵， 刘欣凯， 文新强.煤矿综掘工作面高效喷雾降尘系统 ［J］ . 湖南科技大学学报自然科学版， 2015， 302 1-7. ［2］ 陈文斌.强力外喷自动加液装置在回采工作面防尘中的应用 ［J］ . 机械管理开发， 2014， 292 35-37. ［3］ 张小涛， 隋金君， 曲宝， 等.采掘工作面喷雾降尘技术研究及应 用 ［J］ .煤矿机械， 2013， 348 247-250. （ 责任编辑白洁 ） 项目耗水量/ L min-1 有效射程/m 雾化角度/毅 降尘有效宽度/m 3 个喷嘴1513252.0 4 个喷嘴1911352.6 5 个喷嘴248453.7 6 个喷嘴325604.7 项目 机组后 5 m 不使用降尘剂粉 尘的质量浓度/mg m-3 机组后 5 m 使用降尘剂粉 尘的质量浓度/mg m-3 全尘呼尘全尘呼尘 综掘机自身 的喷射 1 850785 除尘风机607312 综掘机自加 液降尘装置 5832277 188