中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司 曹利波

1.前言

1.1 公司概況

趙莊井田位于沁水煤田東南部，地處山西省晉城市北53km，高平市北12km，長(zhǎng)子縣南16km，行政區(qū)劃隸屬于高平市、長(zhǎng)治縣、長(zhǎng)子縣、及沁水縣管轄。地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112o48'10"～112o58'00"，北緯35o54'10"～36o03'00"。趙莊煤礦隸屬于山西晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，礦井位于沁水煤田東南部，地處山西省晉城市北53km，行政區(qū)劃隸屬于高平市、長(zhǎng)治縣、長(zhǎng)子縣、及沁水縣管轄。趙莊煤礦原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.00Mt/a，主要系統(tǒng)能力按10.00Mt/a預(yù)留，礦井于2007年5月18日通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收竣工投產(chǎn)。井田內(nèi)含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)和二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)，下石盒子組和本溪組中偶爾有煤線發(fā)育。山西組和太原組共含煤14層，自上而下山西組含1、2、3號(hào)共3層煤層；太原組含5、6、7、8-1、8-2、9、11、12、13、14、15、16號(hào)共12層煤。山西組和太原組二者累計(jì)總厚度為118.19～206.86m，一般153.57m。含煤15層，煤層總厚3.38～18.21m，平均12.80m，含煤系數(shù)8.33%。

1.2 1306綜采工作面現(xiàn)狀

1306綜采工作面一直以來(lái)采用采煤機(jī)內(nèi)噴霧和支架噴霧相結(jié)合的辦法來(lái)降低工作面的粉塵濃度，總體效果不太理想，工作面粉塵濃度仍然比較大，直接制約了正常生產(chǎn)。而在此期間，綜采工作面自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)，解決粉塵治理問(wèn)題。適應(yīng)了礦井安全生產(chǎn)發(fā)展的需要。工作面對(duì)應(yīng)地表有南側(cè)為陳家莊，在保護(hù)煤柱線內(nèi)，回采對(duì)其沒(méi)有影響。

該工作面位于礦井一盤區(qū)，東側(cè)為1103巷，已掘；北側(cè)為1307工作面，正在掘進(jìn)；南側(cè)為1305工作面，沒(méi)有掘進(jìn)。1306綜采工作面回采范圍是13065和13063巷之間的3#煤層。1306綜采工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)約1962米，傾斜寬約219.5米，則工作面回采面積約43萬(wàn)平方米。1306工作面各順槽設(shè)計(jì)為矩形巷道斷面；平均斷面積22.5m2。巷道支護(hù)方式以錨網(wǎng)支護(hù)為主。采用綜采設(shè)備一次采全高，走向長(zhǎng)壁后退式采煤，頂板全部跨落法管理頂板的采煤方式。開采程序?yàn)橐淮尾扇撸凰擅簩訛?5＃煤；工作面采高2.3±0.1米，平均2.3米，當(dāng)煤層厚度大于2.3米時(shí)，采高可隨煤厚進(jìn)行調(diào)整,不超過(guò)2.9米；當(dāng)煤層厚度小于2.3米時(shí)，可以割底補(bǔ)足2.3米；如工作面遇斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，可適當(dāng)將構(gòu)造區(qū)前后各10個(gè)架采高隨構(gòu)造區(qū)采高進(jìn)行調(diào)整，以便機(jī)組順利通過(guò)；機(jī)頭、機(jī)尾10米范圍內(nèi)隨巷道頂、底板平緩過(guò)渡；循環(huán)進(jìn)度0.6米；作業(yè)方式為晝夜多循環(huán)作業(yè)方式；日計(jì)劃循環(huán)數(shù)9個(gè)；總工業(yè)儲(chǔ)量528968.73噸(A1：271797.37噸，A2：86746.62噸，A3：170424.74噸)，總可采儲(chǔ)量502520.29噸(A1：258207.50噸，A2：82409.29噸，A31：61903.50噸)。

1.3 1306綜采工作面綜合防塵措施

(1)機(jī)組內(nèi)外噴霧完好，水壓必須達(dá)到規(guī)定要求，并保持恒壓，堅(jiān)持無(wú)水不割煤；機(jī)組必須安裝降塵系統(tǒng)，割煤時(shí)，必須開啟降塵系統(tǒng)有效降低粉塵濃度；

(2)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)必須做到“開機(jī)開水、停機(jī)停水”；

(3)工作面所有接塵人員必須加強(qiáng)個(gè)人保護(hù)，按規(guī)定佩帶防塵口罩；

(4)工作面要定期沖洗巷道，順槽必須堅(jiān)持一星期沖洗兩次，且距工作面煤壁100m范圍內(nèi)，天天沖洗，超前支護(hù)段班班不定時(shí)沖洗，保證粉塵濃度不超標(biāo)；工作面每走一循環(huán)必須派專人沖洗，從而把粉塵濃度降到標(biāo)準(zhǔn)以下；

(5)兩巷必須設(shè)置水幕，水幕距工作面煤壁不大于30m；凈化水幕在割煤時(shí)必須正常開啟，停機(jī)時(shí)關(guān)閉；

(6)供水壓力，水量符合規(guī)定要求；

(7)割煤過(guò)程中，支架要使用自動(dòng)架間噴霧和放煤噴霧，保證噴霧裝置完好；

(8)嚴(yán)格按工作面要求的配風(fēng)量供風(fēng)；

(9)通風(fēng)隊(duì)要嚴(yán)格執(zhí)行煤層注水措施。

2.綜采工作面粉塵綜合治理

2.1 粉塵治理的原理

當(dāng)采煤機(jī)割煤經(jīng)過(guò)支架時(shí)，采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射傳感器，發(fā)射的紅外線被支架上的紅外線接收傳感器收到后，紅外線接收傳感器輸出一個(gè)高電平信號(hào)傳輸給主機(jī)，主機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)CAN網(wǎng)向其它主機(jī)發(fā)出指令，其它主機(jī)按照預(yù)先的設(shè)置控制采煤機(jī)滾筒上方的1-10個(gè)支架噴霧自動(dòng)打開(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要可任意設(shè)置噴霧支架的數(shù)量)，并根據(jù)采煤機(jī)的行走速度依次關(guān)閉和打開相應(yīng)的支架噴霧，在支架移架時(shí)，壓力傳感器受到乳化液的壓力后輸出一個(gè)高電平信號(hào)傳輸給主機(jī)，主機(jī)對(duì)信號(hào)處理后，控制本支架及相鄰支架(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要任意設(shè)置相鄰支架數(shù)量0-5架)電動(dòng)閥打開進(jìn)行噴霧，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉(延時(shí)時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要任意設(shè)置)。

圖1 粉塵治理原理示意圖

2.2 粉塵治理裝備

綜采工作面自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)電路控制部分由主機(jī)、傳感器、遙控器、電動(dòng)球閥等組成；噴霧水路部分由膠管、水質(zhì)過(guò)濾器、高效噴頭等部分組成。

3.粉塵濃度的測(cè)定

3.1 粉塵測(cè)定原理

電動(dòng)薄膜抽氣泵在采樣頭進(jìn)氣口產(chǎn)生一定的負(fù)壓,抽取一定體積的含塵空氣,采樣流量定為20L/min。當(dāng)采用沖擊式采樣頭時(shí)，粗顆粒塵因質(zhì)量較大而直接被第一級(jí)沖擊板(涂有硅油)所捕集，而細(xì)顆粒塵隨氣流移動(dòng)被第二級(jí)濾膜所捕集。沖擊式采樣頭的呼吸性粉塵采樣效能符合BMRC曲線，濾膜增量為呼吸性粉塵質(zhì)量，濾膜增量與沖擊板增量之和即為全塵質(zhì)量。當(dāng)采用旋風(fēng)分離器時(shí)，因離心作用粗顆粒與器壁碰撞而落入集塵斗，細(xì)顆粒隨氣流移動(dòng)被濾膜所捕集。旋風(fēng)分離器的呼吸性粉塵采樣效能符合BMRC曲線，濾膜增量為呼吸性粉塵質(zhì)量，濾膜增量與集塵斗增量之和即為全塵質(zhì)量。

3.2 器材

(1)AFQ-20型礦用粉塵采樣器；

(2)使用CJ-20A型沖擊式預(yù)捕集器或者XF-20A型旋風(fēng)式預(yù)捕集器；

(3)使用25mm無(wú)色玻璃片作為沖擊板或者使用防銹合金制成的內(nèi)腔為14mm×23mm的罐子作為集塵斗；

(4)40mm過(guò)鹵乙烯纖維濾膜；

(5)若使用CJ-20A型沖擊式預(yù)捕集器，請(qǐng)配用7501型真空硅脂作為硅油；

(6)感量為萬(wàn)分之一克的TG-328型電光分析天平；

(7)采用HG-202型電點(diǎn)熱恒溫干燥箱或普通簡(jiǎn)易干燥器，但采用普通干燥器時(shí)，應(yīng)置放變色硅膠；

(8)不銹鋼鐘表鑷子。

3.3 測(cè)定程序

(1)用鑷子取出干凈的濾膜，去除兩面的襯紙，放在天平上稱重并記錄，然后將濾膜壓入濾膜夾，使濾膜紙毛面朝向進(jìn)氣口，安裝在預(yù)捕集器內(nèi)部并套上防護(hù)蓋備用。

(2)按照實(shí)測(cè)方案所確定的測(cè)點(diǎn)，將粉塵采樣器安裝在三腳支架上或手托肩抗，其高度應(yīng)符合現(xiàn)場(chǎng)呼吸帶高度，一般在1.5m左右。然后將預(yù)捕集器安裝在采樣連接座上，務(wù)必使預(yù)捕集器進(jìn)氣口迎向含塵氣流。

(3)若選用沖擊式預(yù)捕集器，玻璃沖擊板先用中性洗滌液浸泡，除去表面污物，經(jīng)清水漂洗后，再用95%或無(wú)水酒精脫脂棉球擦凈。另外用清潔的鑷子沾取少量硅油，滴在沖擊板中心位置，再用鑷子的側(cè)邊將硅油刮薄展開，使硅油涂抹成φ15mm的圓形。由于硅油的粘度很高，數(shù)小時(shí)后會(huì)出現(xiàn)均勻擴(kuò)散的現(xiàn)象，所以沖擊板涂抹硅油的工作，應(yīng)在采樣前提前進(jìn)行，并注意使其不受污染。將已涂好硅油的沖擊板用鑷子夾取放在天平上稱重并做好記錄，然后小心地安放在“分粒裝置”前部的凸臺(tái)上，用金屬長(zhǎng)環(huán)壓緊，再旋上預(yù)捕集器的進(jìn)氣口。

(4)若選用旋風(fēng)式預(yù)捕集器，用鑷子夾持無(wú)水酒精棉球?qū)⒓瘔m罐內(nèi)外擦凈，涼開后在天平上稱重記錄，然后將集塵罐安裝在預(yù)捕集器底部的套罐內(nèi)。

(5)采樣時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵種類、濃度及作業(yè)情況來(lái)預(yù)置，一般采樣時(shí)間以20～25分鐘為宜，粉塵濃度較高的現(xiàn)場(chǎng)一般預(yù)置為3～5分鐘。

表1 第一次使用綜采工作面自動(dòng)灑水降塵裝置前后全塵濃度測(cè)定對(duì)比

表2 第二次使用綜采工作面自動(dòng)灑水降塵裝置前后全塵濃度測(cè)定對(duì)比

表3 第三次使用綜采工作面自動(dòng)灑水降塵裝置前后全塵濃度測(cè)定對(duì)比

(6)若選用沖擊式預(yù)捕集器，采樣時(shí)應(yīng)估計(jì)沖擊板及濾膜上粉塵的增量，都不應(yīng)少于0.5mg及多于10mg；若選用旋風(fēng)式預(yù)捕集器，采樣后的集塵罐和濾膜上的粉塵增量分別為0.5～1000mg和0.5～10mg，如果超過(guò)，采樣測(cè)定誤差較大，應(yīng)判定為無(wú)效樣品。

(7)采樣流量應(yīng)在開始采樣時(shí)迅速校正到20L/min；

(8)采樣結(jié)束后，應(yīng)將樣品放在相應(yīng)的樣品盒內(nèi)，一般情況下不需要干燥處理。如果采樣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的相對(duì)濕度在90%以上，或者水霧存在時(shí)應(yīng)進(jìn)行干燥處理后再稱重記錄。

3.4 粉塵濃度計(jì)算

(1)選用沖擊式預(yù)捕集器

呼吸性粉塵濃度：

f1、f2-采樣前、后濾膜的重量，mg；

G1、G2-采樣前、后沖擊板的重量，mg；

Q-采樣器流量，定為20L/min；

t-采樣時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度而定，min。

(2)選用旋風(fēng)式預(yù)捕集器

計(jì)算公式同上,其中G1和G2為采樣前、后集塵罐的重量。

3.5 注意事項(xiàng)

(1)濾膜沖擊板及濾膜夾要洗凈擦干。預(yù)捕集器必須使用凈水脫脂棉球或紗布，切不可使用有機(jī)溶劑擦洗；

(2)集塵罐和濾膜夾要擦凈涼干，濾膜夾在安裝濾膜時(shí)，要將濾膜壓緊，以免在采樣過(guò)程中濾膜脫出；

(3)采樣流量必須調(diào)節(jié)在20L/min，否則會(huì)影響預(yù)捕集器對(duì)粉塵的捕集效率，造成測(cè)定誤差；

(4)現(xiàn)場(chǎng)采樣要注意保護(hù)好樣品，使其不受污染和撣落。

3.6 粉塵測(cè)定(如表1-3所示)

4.結(jié)論

通過(guò)此研究并在趙莊礦1306綜采工作面的工業(yè)性試驗(yàn)考察結(jié)果和粉塵濃度的實(shí)測(cè)對(duì)比，可以得出如下結(jié)論：

從以上降塵效果的數(shù)據(jù)可以看出，綜采工作降塵效果明顯，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，已經(jīng)達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期目的。

綜采工作面自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)的研究項(xiàng)目除塵技術(shù)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)無(wú)任何不利影響。裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸及重量小，堅(jiān)固耐用，加工制造容易，運(yùn)輸、拆裝、操作、維修方便，無(wú)需專職操作。

通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)證明了綜采工作面自動(dòng)灑水降塵裝置的研究項(xiàng)目技術(shù)降塵效果好，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的目的，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。