综放工作面综合防尘技术研究及其应用

赵惠英

(神华神东煤炭集团公司保德煤矿,山西保德 036600)

综放工作面综合防尘技术研究及其应用

赵惠英

(神华神东煤炭集团公司保德煤矿,山西保德 036600)

本文针对保德煤矿81503综放工作面机械化程度高及高产高效带来的煤尘增加问题,通过对工作面实施煤层注水、喷雾降尘系统的应用及个体防护等综合防尘技术后,降尘率达到70%以上,有效地降低了煤尘量,保证了员工的身心健康,提高了工作面的能见度,改善了工作环境,为安全高效生产提供了有力的保障。

煤尘 煤层注水 喷雾降尘 个体防护 职业健康 降尘率

1 引言

煤尘是指颗粒直径小于1mm的粉尘,通常以浮游煤尘和沉积煤尘两种形式存在,属于煤矿治理的五大灾害之一。在割煤和装运的过程中均会产生煤尘,有资料统计,采掘过程中产生的煤尘占据80%,装运过程中占据20%[1]。煤尘具有诱发尘肺病、呼吸道疾病和煤尘爆炸的隐患,造成工作面的能见度下降,环境恶化,严重影响员工的工作情绪,存在一定的安全隐患,因此,煤矿降尘工作刻不容缓。目前,相关学者对煤矿工作面煤尘防治技术进行过大量研究[2-7],取得了硕果累累的成就。

保德煤矿81503工作面采用放顶煤采煤方法,采煤机割煤时产生大量的煤尘,恶化了工作环境,严重影响了员工的身心健康,增加了职业病的发生率,同时煤尘飞扬造成工作面视线模糊,对标准化作业和高效率、高效益的生产方针产生很大阻力,阻碍了神东公司建设幸福矿工工程的开展。针对降尘问题,保德煤矿采取一系列综合防尘技术,降尘率高达70%左右,起到了降尘,除尘的效果。

2 研究区概况

81503工作面位于8#煤层五盘区,工作面沿煤层倾向布置走向推进,采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤方法,采用全部垮落法管理采空区顶板。沿8#煤底板回采,采高3．8m～4．0m,放煤高度3．3m～3．1m,采放比为1：0．868～1：0．775;遇地质条件变化时,适当调整;割煤步距为0．865m,一采一放平行作业双轮顺序放煤,确定放煤步距0．865m。

工作面长度240m,推进长度2678m,地面标高905m～1081．8m,底板标高672．7m～707．9m,西邻81504工作面,东为81502采空区,南为五盘区集中辅运大巷,北为81503新旧切眼之间的弃采实体煤。煤层结构复杂,宏观煤岩类型以半亮—半暗煤为主,平均厚度7．1m,含夹矸4层～5层,岩性以泥岩为主,此为炭质泥岩,煤层倾角3～9°,属于较稳定煤层。

采用双滚筒采煤机割煤、装煤;升降支架尾梁、收缩尾梁插板放煤。依次由前、后部刮板输送机、转载机、破碎机、皮带输送机运煤,采用液压支架支护,实现落煤、装煤、运煤、支护全回采过程的综放工作面作业系统。

表1 平行顺层钻孔布置参数Tab.1 The layout parameters of parallel bores

1-煤层注水泵;2-KJ25阀门;3-注水主管;4-压力表;5-高压水表;6-注水支管;7-KJ25三通。

3 综合防尘技术

工作面防尘系统由煤层注水系统、喷雾洒水系统及个体防护组成。

3.1 煤层注水

煤层注水时向煤层中注入压力水,从而增加煤体中的水分,达到润湿煤体的作用,进而减少采煤时浮游煤尘的产生量。注水时,应根据煤层具体条件合理调节水压和流量,保证充足的注水时间,以便达到更好的降尘效果。

3.1.1 钻孔布置

本工作面利用预抽瓦斯时布置在本煤层的平行钻孔作为注水孔,管路布置在胶运顺槽内,钻孔每隔10m布置一个。主要的技术参数见表1。

3.1.2 注水系统

该工作面采用静压注水,就是利用井下供采煤机和运输机的冷却专用管网水。待瓦斯预抽支管路拆除后,及时通过DN50mm/DN25mm变径连接高压胶管至瓦斯预抽放钻孔口的法兰盘,连接管路,形成本煤层注水系统,将水注入煤体,每次注水至少连接4个孔,当工作面煤壁距离第一个注水钻孔剩余40m左右时,拆除第一组注水钻孔管路(1#～4#)连接到下一组未注水孔(5#～8#),以此类推。每次注水6小时,并在水管上安装水流量表,以便观测流量,查看注水效果。注水期间,当发现煤体吸水膨胀,造成顶、底板变形或工作面涌水量大量增加时,要及时停止注水。

3.2 喷雾降尘

喷雾降尘是向浮游于空气中的煤尘(浮游煤尘)进行喷雾,使其雾化,由悬浮状态转化成沉积状态,达到降低煤尘浓度的效果,所有喷雾及水幕割煤时必须开启并保证其完好。

表2 工作面防尘前后粉尘浓度测试数据Tab.2 The test data of dust concentration of working face dust control before and after

喷雾降尘系统由采煤机内、外喷雾、工作面架间负压除尘喷雾、转载点喷雾、进回风巷水幕及工作面捕尘网及回风巷防尘滤网组成。

3.2.1 煤机内、外喷雾

81503工作面选用JOY公司生产的7LS6C-LWS715型采煤机,采煤机左右滚筒、摇臂设有内、外喷雾系统,各布置相应个数的喷头,左右摇臂各加一组高压外喷雾;在左右截割电机外侧各加一组喷雾,用于湿润,降低内喷雾压力≥2．0MPa,外喷雾压力≥4．0MPa[8],高压喷嘴喷雾压力≥8．0MPa,喷雾的有效射程≥6．0m,雾流的雾化粒度≤100μm。喷雾系统与工作面采煤机联动,喷雾泵站有三台喷雾泵,其中两台使用,一台备用,高压外喷雾水必须过滤净化,确保水质清洁。水源自喷雾泵加压过滤后,由高压软管从移变泵站到工作面电缆槽,再经拖曳电缆夹到采煤机进行喷雾洒水。喷雾的高压胶管必须单独敷设。内外喷雾系统形成雾网,最直接地润湿煤体及捕获煤尘,有效地降低了浮游煤尘量。

3.2.2 工作面架间负压喷雾

工作面架间喷雾进行捕获随通风飞扬的浮游煤尘,对其进行润湿,缩减飞扬速度及行程,使其尽快地由浮游态转化成沉积态。81503工作面架间负压喷雾采用两套布置方式分别布置,一套为布置在工作面支架顶梁前部的固定喷雾,从10#支架开始安装,每隔5台支架设一道,共设26道喷雾,每道喷雾设4个喷嘴;另一套为布置在工作面支架尾梁前部的固定喷雾,从10#支架开始安装,每隔10台支架设一道,共设14道喷雾,每道喷雾设2个喷嘴,共安装28个喷嘴进行喷雾降尘。

3.2.3 全断面降尘水幕和净化风流水幕

全断面降尘水幕和净化风流水幕既能润湿煤尘,阻止煤尘飞扬、通过,进而捕获煤尘,又能净化空气,增加工作面的湿度,降低温度,为其后方作业人员提供一个舒适的工作环境。81503工作面胶运顺槽及一号回风顺槽超前工作面30m各设置一道净化风流水幕,一号回风顺槽距工作面50m范围内安设一道全断面捕尘网并加设水幕,水幕封闭巷道全断面,随着工作面的推进不断向外移动。在胶运顺槽及回风顺槽每隔500m设置一道净化水幕;所有喷雾及水幕割煤时开启并保证完好,有效降低巷道中的煤尘。

图1 工作面防尘前后粉尘浓度对比Fig.1 The dust concentration contrast of working face dust control before and after

图2 粉尘降尘率Fig.2 The dust control rate of dust

工作面支架前布置3道捕尘网,分别在36#、80#及110#支架。在每道捕尘网上风侧安装8个喷嘴,共安装24个喷嘴,以确保水幕洒在捕尘网上,及时将网上的煤尘冲洗掉,保证通风净断面不受影响。

3.2.4 转载点喷雾

转载点喷雾用于润湿、捕获运输过程中产生的煤尘,减少空气中的浮游煤尘。81503工作面在转载机机身和皮带机尾转载点各设置一道喷雾,共设4个喷嘴喷雾,水源来自于转载机冷却水回水,开机时喷雾自动开启;在前,后部运输机机头与转载机搭接处各设置一道喷雾,共设4个喷嘴喷雾,水源来自于运输机冷却水回水,开机时喷雾自动开启。

3.2.5 洒水灭尘

工作面进、回风顺槽定期清扫或冲洗煤尘,并清除堆积的浮煤,距工作面20m范围内的巷道,每班至少冲洗一次,20m以外的巷道每周至少冲洗一次,并清理堆积浮煤。

及时清扫工作面液压支架、移变列车及顺槽高压电缆上的煤尘;每旬对胶运顺槽至少冲洗一次;每周对一、二号回风顺槽冲洗一次。冲洗标准：连续5m内落尘不超过2mm。

3.3 个人防护

加强个体防护,进入工作面及两顺槽工作人员必须佩戴防尘口罩进行个体防尘,进一步阻止残余浮游煤尘进入呼吸道,减少了人员的对煤尘的摄入量。

4 效果考察

81503工作面在采用综合防尘技术前后进行粉尘浓度测定对比,试验采用直读式粉尘浓度测定仪测试,测试位置在煤机割煤下风侧10m左右,采样流量15L/min,采样时间1min,采样体积为15L。先后两次试验分别在相同环境下选定10个测尘点,每个测尘点测试2次,共20组数据,具体测试数据见表2,先后测试粉尘浓度变化如图1所示。

由表2数据作粉尘浓度折线图如图1所示,明显看出防尘前后粉尘浓度发生了很大的变化,81503采用综合防尘技术后,粉尘浓度下降率平均值在70%以上,降尘效果十分显著。粉尘降尘率如图2所示。

5 结语

(1)81503工作面通过实施煤层注水、不同区域喷雾降尘等综合防尘技术,有效的降低了工作面温度和粉尘浓度,使得员工的工作环境更加舒适。

(2)煤层注水提前润湿煤体内的原生煤尘,同时增强了煤体塑性,减少了煤体的破碎度,降低了煤尘的飞扬;各喷雾系统对产生后的煤尘进行二次降尘,使得81503工作面的粉尘浓度下降率高达70%以上,降尘效果显著。

(3)极大地降低粉尘对员工的伤害,净化空气,减少了职业病的发生,保障了员工的身心健康,同时增加了81503工作面的能见度,促进了工作面安全高效生产。

[1]庞成,王宏图.谈煤矿井下煤尘防治[J].重庆职业技术学院学报,2008,17(3):149-150.

[2]尚书海,赵军凯等.峰峰煤矿瓦斯煤尘防治技术[M].北京:煤炭工业出版社,2006.

[3]王花平,宋和君,王海宁等.简析综合防尘技术在矿井中的应用[J].煤炭工程,2006,(12):62-64.

[4]常海虎.矿尘防治[M].北京:煤炭工业出版社,2007.

[5]王绪友.综采放顶煤采煤工作面综合防尘技术应用[J].煤矿现代化,2007,(1):21-22.

[6]黄成玉,张全柱,邓永红.煤矿综合防尘技术研究[J].资源节约与环保,2011,(1):63-67.

[7]匡中文,李许伟,孙川.浅析厚煤层综放开采煤尘及其防治技术[J].山西焦煤科技,2009,(8):32-34.

[8]李玉文,贾寅明,杨景旺.煤炭综合防尘新技术的研究与应用[J].中国矿业,2008,17(7):69-71.

This paper is for the problems of coal dust caused by high degree of mechanization increased in Baode mine 81503 mechanized caving face,coal water through the implementation of the face,spray dust suppression systems and personal protection technologies such as integrated dust,dust rate of more than 70% effective reducing the amount of coal dust,ensured the physical and mental health staff to improve the visibility of the face,for the safe and efficient production provides a strong guarantee.

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