采掘工作面综合除尘技术装备研究.pdf

2 0 2 0年第0 8期 采掘工作面综合除尘技术装备研究 吴 昊 西山煤电官地矿, 山西 太原 0 3 0 0 2 3 摘 要 为了改善井下空气质量, 提出在采掘作业面进行煤层注水, 采煤机高压除尘、 联机 采煤机、 液压支架联机 自动除尘; 综掘工作面采用综掘机机载除尘、K C S - 2 2 5 Z L湿式振弦除尘风机除尘, 并在采面进风巷、 回风 巷以及掘进巷道布置自动喷雾除尘装置。通过采用上述综合除尘装备, 采、 掘作业面粉尘浓度降低率分别 为7 2、7 5, 取得显著应用效果。该研究成果也为其他矿井采掘作业面粉尘综合治理提供了借鉴。 关键词 煤炭开采; 巷道掘进; 除尘设备; 喷雾 中图分类号 T D 7 1 4 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 8. 0 5 3 0 引言 粉尘是煤炭开采过程中的不利因素之一, 降低作业 点粉尘浓度对改善井下环境、 保证作业人员身体健康具 有重要意义[ 1 - 2]。山西某矿经过多年的技术总结并与科 研院所展开合作, 总结出适用于矿井生产实际的综合自 动化粉尘治理技术及装备, 具体防尘措施为 在回采面对 采煤机进行高压喷雾、 随机喷雾、 煤尘注水; 在掘进工作 面对综掘机进行内外喷雾、 湿式除尘风机降尘以及大巷 自动定时喷雾等。该措施在采掘作业面粉尘治理中取得 了显著应用效果。 1 工程概况 山西某矿开采的3、5煤层, 近些年来随着矿井改 扩建, 井下大功率机电设备不断应用, 采掘工作面通风量 不断提升。掘机工作面通风采用2台防爆对旋风机2 3 5 k W , 风量可达4 0 0 m 3/ m i n以上, 回采工作面风量一 般在1 9 0 02 8 0 0 m 3/ m i n。采掘作业面风量增加可一 定程度地降低作业点粉尘量, 但是由于采掘强度的提高, 粉尘产生量增加明显。虽然在采掘作业面有喷雾除尘、 浅孔注水以及巷道喷雾等措施, 但是除尘效果仍然较差, 采掘 作 业 点 内 粉 尘 浓 度 最 大 可 达8 8 0 m g /m 3、 6 4 8 m g/m 3, 作业点粉尘污染严重, 给现场作业人员身体 健康带来较大威胁。 2 采面综合除尘装备 2. 1 采煤机随机高压喷雾除尘装置 2. 1. 1 除尘原理 在采煤机上随机安装C P C - 4 0高压喷雾除尘装置。 该装置利用高压水泵加压, 水经过高压喷嘴形成高速水 雾覆盖整个采掘机割煤滚筒, 从而减少滚筒破煤期间粉 尘向外扩散量[ 3]。形成的高压水雾具有射程远、 速度快、 雾粒细、 水量小等优点, 通过水雾对风流扰动、 射引等还 可以驱散割煤滚筒附近的瓦斯, 避免瓦斯集聚[ 4 - 5]。 2. 1. 2 结构组成 1 供水系统。采煤机机载C P C - 4 0高压喷雾除尘装 置供水系统为储水箱、 高压水泵以及高压软管等, 水箱及 高压水泵用平板车布置在回风巷轨道上, 具体见图1。高 压水泵型号为B RW 8 0/1 5, 额定流量为8 0 L/m i n, 提供的 最大压力为1 5 MP a, 配套的电动机为Y B K 2 0 0 L - 4 功率 3 0 k W 。 图1 高压供水系统结构 2 喷雾射流器。将高压喷雾射流器通过螺栓固定 到采煤机两端, 将射流器外侧护板布置焊接在采煤机前、 后摇臂附近, 不会影响采煤机正常割煤; 供水管路采用高 压软管沿着采面电缆夹铺设至采煤机。 2. 2 联机自动除尘系统 2. 2. 1 除尘原理 在采煤机上安装有信号发射机, 当采煤机移动到一 定位置时液压支架上的信号接收器接收到发射器发出的 信号, 启动控制喷雾的电磁阀, 从而覆盖整个采煤机进行 喷雾, 减少粉尘产生量[ 6]。 2. 2. 2 系统安装及设置 在回采工作面安装联机自动除尘系统时, 将通信线、 电源线与铁丝一起包裹在金属软管内, 起到保护作用, 将 铁丝两端固定到液压支架架体上, 起到抗拉作用。 联机自动除尘系统结构见图2。在系统安装过程中 应对控制器进行逐一编号, 一台控制器可以控制单台或 者多台自动喷雾装置。在矿井使用时为了保证系统运行 可靠性, 采用一台控制器控制一台自动喷雾装置。在系 统运行前应首先对控制器运行模式、 延迟时间进行设定, 联机自动除尘系统通电运行后, 控制器首先自检, 确认无 故障后按照预先设定的运行模式、 延迟时间运行。 731 工矿自动化 自动化应用 收稿日期 2 0 2 0 - 0 6 - 2 1 作者简介 吴昊 1 9 9 5 , 男, 汉族, 山西太原人, 毕业于太原科技大学矿山机电专业。 2 0 2 0年第0 8期 图2 联机自动除尘系统结构 2. 3 煤层深孔动压注水 采掘作业面生产过程中粉尘主要包括原生粉尘、 次 生粉尘。根据有关研究, 当煤体中含水率在2以内时, 机械破煤过程中产生的粉尘可以占采掘作业面粉尘产生 量的7 0, 运输、 振动等环节形成的粉尘占比约为3 0。 因此, 增加煤层含水率可显著减少粉尘产生量。 具体井下布置的注水系统需要根据回采工作面布置 形式、 开采方法、 煤层透水性以及注水条件确定。该矿回 采工作面均采用走向长臂采煤方法, 因此, 根据矿井实际 提出在回采巷道内布置施工顺层钻孔进行注水。以2 3 0 6 综采面为例, 该面斜长1 2 0 m, 在回风巷布置注水钻孔, 钻孔间距为5. 0 m, 孔深为6 0 m 注水深度为采面斜长 1/22/3, 至少5 0 m , 钻孔孔径为7 5 mm, 开孔距巷道 底板1. 01. 5 m, 具体布置情况见图3。根据采面煤层 赋存情况, 具体注水孔注水参数见表1。 表1 注水孔注水参数 单孔注水量 /m3 单孔注入流量 /m3h-1 注水压力 /MP a 注水时间 /h 2 10. 61 8. 83 3. 6 图3 采面注水孔布置情况 为提高注水孔封孔质量, 采用注浆泵B F Z - 1 0/1. 2 进行封孔。封孔材料采用水泥稠浆并添加膨胀剂, 封孔 长度在1 0 m以上, 水泥稠浆水灰比控制在1∶0. 4, 密度 为2 0 0 0 k g /m 3, 具体注浆孔封孔见图4。 图4 注浆孔封孔示意图 3 掘进工作面综合除尘装备 3. 1 综掘机除尘装备 将矿井井下静压水通过过滤处理后采用直径1 3 mm 的高压软管连接至综掘机喷雾装置上, 将喷雾装置的4 个高压喷嘴采用螺栓固定到综掘机摇臂上, 从而覆盖摇 臂破煤、 岩范围, 具体如图5所示。 图5 综掘机高压喷雾系统布置示意图 喷雾 装 置 供 水 压 力 在3 MP a以 上,流 量 在 3 04 0 L/m i n, 在摇臂上布置的4个高压喷嘴的技术参 数见表2。 表2 喷嘴参数 编号 雾化角 / 喷雾压力 /MP a 喷雾流量 /Lm i n-1 有效射程 /m 1号4 533. 12. 8 2号4 543. 83. 1 3号4 554. 83. 5 4号4 565. 94. 0 3. 2 湿式除尘风机 含粉尘的空气经过K C S - 2 2 5 Z L湿式除尘风机净化成 新鲜空气排出, 将该除尘风机布置在掘进机后方转载机的 机架上, 进气口通过含有骨架的塑料风筒连接至掘进迎 头, 风筒进气口距离掘进面1 5 0 0 mm, 从而处理综掘机破 煤时产生的粉尘。在井下3 6 0 8回风巷综掘工作面的K C S - 2 2 5 Z L湿式振弦除尘风机布置情况如图6所示。 831 自动化应用 工矿自动化 2 0 2 0年第0 8期 图6 湿式除尘风机布置情况 4 巷道自动喷雾除尘系统 4. 1 系统结构组成 在巷道内布置的定时自动喷雾系统包括防爆电磁 阀、 控制箱、 喷嘴以及粉尘传感器等, 具体是由粉尘传感 器监测巷道内的粉尘浓度, 当粉尘浓度较高时主控制箱 会向继电器发出动作指令, 从而打开电磁阀实现喷雾降 尘; 当粉尘传感器在5 m i n内监测到粉尘浓度均在允许 值范围内, 则主控制箱通过继电器关闭电磁阀, 停止喷 雾。具体巷道内布置的自动喷雾除尘系统参数见表3。 表3 自动喷雾除尘系统参数 电压 /V 工作温 度/℃ 运行湿 度/ 水压 /MP a 电磁阀过水量 /Lm i n-1 3 6 /1 2 7 -2 56 04 56 00. 26. 3≥2 5 4. 2 现场布置 自动喷雾除尘装置主要布置在采面回采巷道、 掘进 巷道、 回风上山以及总回风巷内, 其中控制箱布置于喷雾 除尘装置下风侧1 m位置, 粉尘传感器布置在上风侧3 4 m位置。 5 综合除尘效果 在矿井井下所有采掘作业工作面内均采用综合除尘 措施, 为了考察除尘、 降尘效果, 采用AK F C - 9 2测尘对采 掘作业面内的粉尘浓度进行监测, 结果见表4。 从监测结果可以看出, 矿井采掘作业面采用综合除 尘装备后粉尘浓度显著降低, 有效改善了作业点环境。 6 结语 1 井下采掘作业面是粉尘的主要来源, 针对井下粉 尘量过大的问题, 采用机载喷雾除尘、 除尘风机除尘、 联 机喷雾除尘以及巷道自动喷雾除尘等综合除尘装置, 并 向煤体内进行动压注水, 提高煤层含水率, 以减少井下粉 尘产生量。 2 现场应用后, 掘进工作面粉尘浓度降低7 5以 上、 回采工作面粉尘浓度降低7 2以上。采掘作业面采 用的综合除尘装置除尘效果明显, 显著改善了作业点空 气质量。 参考文献 [ 1] 王文婧, 杨阳, 吕晓丽, 等.煤矿防尘技术现状分析及未来 展望[ J].陕西煤炭,2 0 2 0,3 9S 1 2 0 0 - 2 0 2,1 7 4. [ 2] 王云飞.煤矿机掘工作面除尘工艺技术研究[J].机械管 理开发, 2 0 1 9,3 47 2 5 8 - 2 5 9. [ 3] 王利, 柴龙成.综掘工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 9,4 42 4 9 - 5 1. [ 4] 龚海滨, 李恩龙, 丁俊伟.机载除尘一体掘进机[J].煤矿 机械, 2 0 1 6,3 71 1 5 0 - 1 5 1. [ 5] 张磊.煤矿综掘工作面装备未来中短期发展展望[J].煤 炭技术, 2 0 1 4,3 35 8 - 1 1. [ 6] 欧阳广斌, 钱高峰.煤矿采掘工作面综合除尘技术装备的 应用研究[ J].矿业安全与环保,2 0 0 86 5 1 - 5 4,5 6. 表4 粉尘浓度监测结果 位置 全尘呼吸性粉尘 原始/ m g m-3改进后/ m g m-3降低率/原始/ m g m-3改进后/ m g m-3降低率/ 综掘 工作面 距迎头1. 5 m2 6 06 07 71 9 64 87 5 距迎头5 m2 2 55 57 51 2 03 7. 56 8 距迎头1 0 m1 6 04 67 19 53 06 8 距迎头2 0 m1 0 02 77 37 02 56 4 采煤 工作面 割煤机处 3 6 05 96 82 9 64 88 4 割煤机下方5 m3 0 55 58 12 0 84 0. 59 5 割煤机下方1 5 m2 5 84 68 21 7 03 7. 57 8 割煤机下方4 0 m1 9 83 78 11 1 53 27 2 931 工矿自动化 自动化应用