朱懷龍,周計彬,高 輝

(華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦, 江蘇徐州市 221136)

柳泉煤礦綜合防塵方法的研究與實踐

朱懷龍,周計彬,高 輝

(華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦, 江蘇徐州市 221136)

實測分析了柳泉煤礦松軟煤層條件下炮采炮掘工作面及轉(zhuǎn)載點等產(chǎn)塵源的粉塵濃度,介紹了在主要產(chǎn)塵點采用煤層注水降塵、電控灑水噴霧裝置降塵等綜合防塵措施的使用效果,并對綜合防塵措施實施前后的粉塵濃度進行了對比分析。結(jié)果表明,實施該綜合措施后,各產(chǎn)塵點降塵率均為 80%～90%,取得了良好的技術(shù)效果,為類似礦井的綜合防塵提供了借鑒。

煤井產(chǎn)塵源;綜合防塵;煤層注水;防塵罩;電控灑水噴霧

近年來,隨著煤礦井開采強度和機械化程度的不斷提高,井下產(chǎn)塵點和產(chǎn)塵量也不斷增加。尤其是在采掘工作面和各個運輸轉(zhuǎn)載點,由于破碎煤塊在轉(zhuǎn)運過程中相互碰撞及風流影響,粘附的細小微塵會逐漸變成浮游粉塵,在空氣中不斷擴散,濃度不斷增加,形成危險源。有效降低粉塵濃度、杜絕煤塵事故,是煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),對促進礦井安全生產(chǎn)、保證職工身體健康具有重大意義。華潤天能徐州煤電有限公司柳泉煤礦在圍繞綜合防塵減塵工作上,依靠科技創(chuàng)新,加強技術(shù)攻關(guān),完善管理制度,取得了顯著效果。

1 礦井主要產(chǎn)塵源分析

柳泉煤礦主采煤層為 3煤,煤層松軟,平均煤厚為 1.35 m,屬低瓦斯礦井。煤層有自燃發(fā)火傾向,煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)為 35.91%。礦井采用炮采炮掘技術(shù)。

1.1 炮采工作面產(chǎn)塵源

炮采工作面產(chǎn)塵源有打眼、爆破、裝煤、運煤、回收支架等生產(chǎn)環(huán)節(jié),其中爆破是最大的產(chǎn)塵點,其次是裝煤、運煤、回收支架和打眼等工序所產(chǎn)生的粉塵。經(jīng)現(xiàn)場實測,柳泉煤礦 3112炮采工作面主要產(chǎn)塵點平均粉塵濃度見表1。

1.2 炮掘工作面產(chǎn)塵源

掘進工作面產(chǎn)塵源有打眼、爆破、裝煤、運輸?shù)裙ば?。通過實測,柳泉煤礦 3302炮掘工作面在無任何防塵措施時,測得的主要產(chǎn)塵點平均粉塵濃度見表2。

1.3 轉(zhuǎn)載點產(chǎn)塵源

皮帶輸送機和刮板輸送機的轉(zhuǎn)載點是運輸系統(tǒng)的關(guān)鍵產(chǎn)塵點,煤與皮帶一起做勻速運動,到達轉(zhuǎn)載點時,煤做自由下落運動,由于存在一定的落差,煤在下落過程中受到空氣阻力作用,使周圍空氣發(fā)生紊亂流動,造成小粉末飛揚起來,四處飄逸[1]。

表1 3112炮采工作面平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計

表2 3302炮掘工作面平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計

2 綜合防塵措施

綜合防塵措施主要有濕式打眼、爆破使用水炮泥、炮前炮后防塵灑水、沖洗煤幫、放炮自動噴霧、采煤工作面還要進行煤層注水、進回風道設(shè)置凈化水幕等。在工作面回風巷采用自主設(shè)計并推廣應用的全封閉撲塵網(wǎng)、轉(zhuǎn)載點封閉式防塵罩等。

2.1 煤層注水降塵

柳泉煤礦在 3112工作面超前動壓區(qū)進行雙巷靜壓深孔注水試驗,其超前壓力的影響范圍為 50～60 m,所以選擇超前工作面 40～50 m范圍的動壓區(qū)注水。選擇頂?shù)装逋暾幵诿罕诰嚯x底板 500～600 mm的位置,垂直煤壁施工 1排間距 10 m的鉆孔,利用 40鉆機打孔,注水孔直徑為 50 mm。采用MZF-40-15型封孔器封孔,封孔深度超過煤壁邊緣煤體的卸壓帶寬度,確定為距孔口 3 m。鉆孔為雙巷對錯布置,與頂板平行,深度為 30 m。工作面使用Φ10 mm液壓膠管,并在注水孔附近外接截止閥,注水時間為 10 d左右,注水壓力為 4～5MPa,單孔注水時噸煤注水量可達 0.02 m3[2]。

2.2 轉(zhuǎn)載點封閉式自動噴霧降塵

轉(zhuǎn)載點是產(chǎn)生粉塵的一個連續(xù)點源,產(chǎn)塵量大、濃度高,是井下粉塵治理不可忽視的一個重要環(huán)節(jié)[3]。柳泉煤礦通過研究自制了轉(zhuǎn)載點防塵罩自動噴霧灑水裝置(見圖1)。防塵罩可將皮帶機的轉(zhuǎn)載區(qū)域全部罩住,在防塵罩的頂部預留一孔作進水管,罩內(nèi)安裝自動噴霧灑水裝置,噴頭為 5孔噴頭。當皮帶機運轉(zhuǎn)出煤時,輸送機上的物體呈拋物線狀射出,推動沖擊桿,打開注液槍閥門,噴霧頭對飛揚的煤塵進行噴霧灑水,水霧與粉塵顆粒相互碰撞,同時還在防塵罩內(nèi)產(chǎn)生一個局部旋渦,增加霧粒與塵粒的碰撞速度和概率,直到塵粒粘結(jié)成較大的塵團沉降下來。該裝置既簡化了防塵程序及除塵措施,又可把粉塵控制在小范圍內(nèi),防止粉塵的進一步擴散,因此降塵效率特別好。當輸送機停止運轉(zhuǎn)時,沖擊桿靠自重下落,關(guān)閉閥門,停止噴霧灑水[4]。

圖1 轉(zhuǎn)載點防塵罩自動噴霧裝置

2.3 風水聯(lián)動裝置

風水聯(lián)動裝置是掘進工作面局部通風和防塵水幕聯(lián)合作用的裝置,結(jié)構(gòu)如圖2所示,即在掘進工作面迎頭第 1節(jié)與第 2節(jié)風帶之間連接一硬質(zhì)風筒,硬質(zhì)風筒距迎頭一般不大于 20 m,其長度為 800～1000 mm,直徑與膠質(zhì)風筒相同 (Φ500 mm),硬質(zhì)風筒上部留有一孔,可將防塵水管接入硬質(zhì)風筒內(nèi),風筒內(nèi)安裝水幕,2個高壓單噴頭,噴嘴直徑為 1 mm,噴嘴霧化效果好。當掘進工作面放炮或出煤時,打開閥門,開始噴霧。水霧與風筒內(nèi)風流混合,形成霧風進入工作面,從而大大降低了迎頭的粉塵濃度。

圖2 風水聯(lián)動裝置

柳泉煤礦在掘進工作面使用風水聯(lián)動裝置的情況表明,風筒內(nèi)的風水混合后形成的霧風流能夠使掘進工作面巷道內(nèi)的空氣始終保持濕潤狀態(tài),大大減少了浮游粉塵的二次飛揚,且巷道內(nèi)無積水現(xiàn)象,效果明顯。

2.4 聲控自動噴霧降塵

聲控自動噴霧降塵裝置主要由聲控傳感器(KPZ—S型 )、控制箱 (KPZ—127Z型 )、遙控器(KPZ—Y型 )、防爆電磁閥 (DFB10/127型 )、高壓軟管和凈化水幕組成。當工作面爆破時,聲控傳感器將接收的信息傳輸給控制箱,控制箱進行判斷并發(fā)出信號控制電磁閥的開閉,從而控制水幕進行噴霧。1次噴霧時間根據(jù)水幕距迎頭距離和放炮后炮煙及粉塵經(jīng)過水幕的時間而定,水幕安裝位置距迎頭按規(guī)定不超過 30 m,根據(jù)掘進工作面最低風速標準 (煤巷 0.25 m/s、巖巷 0.15 m/s)計算,1次噴霧時間約定為 4～5 min。

聲控自動噴霧降塵裝置在爆破時能自動打開,與爆破同步進行噴霧作業(yè),且操作簡單,不受人員的限制,效果較好。

2.5 爆破自動噴霧降塵

爆破自動噴霧裝置是根據(jù)爆破產(chǎn)生的沖擊波沖到扇形擋板后打開閥門而實現(xiàn)自動噴霧。其設(shè)計是用 1 mm厚的鐵皮和Φ10 mm的圓鋼加工成長 ×寬 ×高為 30 mm ×25 mm ×20 mm的鐵盒子,內(nèi)部安裝截止閥,鐵盒上部安裝一扇形擋板,擋板與閥把之間用直徑為 10 mm的圓鋼焊接起來,截止閥與防塵管路和水幕分別用高壓軟管連接,如圖3所示。放炮時,沖擊波沖倒擋板,打開閥門,實現(xiàn)水幕自動噴霧。

此方法的優(yōu)點是適應范圍廣,無防爆問題,便于安裝維修,且造價低廉。

圖3 爆破自動噴霧裝置

2.6 定時自動噴霧降塵

在主要進回風大巷、采區(qū)上下山等巷道安設(shè)KPZ—G型光控定時自動噴霧裝置,以消除懸浮粉塵、凈化風流。光控定時自動噴霧降塵系統(tǒng)主要由控制箱、防爆電磁閥、光控傳感器和噴霧裝置 4部分組成,能按 24 h時間制式任意設(shè)置 5個時段打開和關(guān)閉灑水的時間,當有人通過正在或即將灑水噴霧的地點時,能自動停止或延時灑水,從而實現(xiàn)無人情況下巷道內(nèi)自動噴霧降塵的功能,裝置內(nèi)部裝有充電電池,不受停電影響[5]。

2.7 隔爆自動加水降塵

隔爆自動加水裝置組成主要由傳感器、電磁閥、控制主機、鍍鋅鋼管、噴霧頭和液壓軟管連接組成。在每個隔爆水槽上方敷設(shè)鍍鋅鋼管 1根,安裝噴霧頭 1個,其方向?qū)χ蹆?nèi)部。當水槽水量符合標準時,各系統(tǒng)處于正常狀態(tài);當水槽水量下降時,系統(tǒng)會自動供水,直至水量達到標準,確保了隔爆設(shè)施經(jīng)常處于有效狀態(tài)。

2.8 電控灑水噴霧裝置

柳泉煤礦自行研制了 1種電控灑水噴霧裝置,無需人工灑水降塵,也不用投入很復雜的設(shè)備,就可以在不影響生產(chǎn)的情況下完成灑水降塵工作。主要方法是在防塵供水管路上每隔 30 m設(shè)置 1個出水閥門,在出水閥門上接 1個 DFB10/127電磁閥,再利用高壓膠管將電磁閥和噴霧裝置連接起來。噴霧裝置的制作即用內(nèi)徑為 15.5 mm的鋼管彎成弓型狀,并與巷道的頂部相吻合。在鋼管的各個方向設(shè)有多個噴頭。噴霧時間應根據(jù)巷道的實際情況而定,一般設(shè)為 5～8 min。并用 1根 2.5 mm電纜將所有電磁閥并聯(lián)在一起,控制電源為 127 V電源,控制開關(guān)可放在斜巷上車場信號硐室內(nèi),在斜巷提升的同時也可進行噴霧降塵,只需幾分鐘就可完成降塵工作。當上車場的開關(guān)合閘時,每個電磁閥均被打開,各個噴霧點自動噴霧,利用風速就可以起到全巷降塵的作用。

2.9 綜合防塵效果

分別在炮采和炮掘 2個工作面采用了防塵治塵措施,經(jīng)實測,主要產(chǎn)塵工作面產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計結(jié)果見表3。由表3可知,工作面各生產(chǎn)工序的全塵量和呼塵量大幅度減小,綜合降塵率平均超過 80%,最大降塵率為 94.1%。

表3 產(chǎn)塵工作面平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計

生產(chǎn)實踐表明,電控灑水噴霧裝置具有安裝簡單、操作方便、經(jīng)濟實用等優(yōu)點,還能根據(jù)井下環(huán)境任意調(diào)節(jié)噴霧點間隔距離,尤其在斜巷使用中更為方便實用,有效解決了防塵與生產(chǎn)的矛盾,具有較高的推廣價值。

3 結(jié) 論

通過對炮采和炮掘 2個工作面實施綜合防塵技術(shù),工作面的全塵降塵率都超過 90%,呼塵降塵率也達到 80%以上。改變除塵工藝,使粉塵產(chǎn)生量達到最小,是控制粉塵污染的有效途徑。多種措施并舉、防治結(jié)合,對提高礦井綜合防塵水平具有重大意義。

[1]王曉峰,陳彩云.轉(zhuǎn)載點粉塵析出機理及綜合治理[J].煤炭

技術(shù),2008,(1):124-125.

[2]張國樞.通風安全學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2007.[3]門金龍,張夢萍,鄒 微,等.運煤裝載點防塵設(shè)施的使用與管理[J].中國輻射衛(wèi)生,2006,(12):485.

[4]劉少春.礦井綜合防塵實用技術(shù)的推廣與應用[J].煤炭技術(shù),2007,(7):62-64.

[5]金小漢,熊云威,郭勝均.定時光控自動灑水裝置的研究與應

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2010-08-28)

朱懷龍 (1970-),男,江蘇邳州人,助理工程師,主要從事安全技術(shù)管理工作,Email:zhl_5566@126.com。