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        塔山煤礦8116 工作面綜合防塵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

        2021-02-07 08:33:34賀振金
        山東煤炭科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:水幕降塵除塵

        賀振金

        (同煤大唐塔山煤礦公司,山西 大同 037000)

        1 工作面概況

        8116 工作面位于塔山煤礦3-5#煤層,煤層平均厚度15.6 m,可利用煤層平均厚度13.8 m,綜采放頂煤一次采全高的采煤方法,采高3.8 m,放煤高度10 m,采放比1:2.63,循環(huán)進(jìn)度為0.8 m,采用一刀一放的放煤方式,放煤步距為0.8 m,采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。工作面通風(fēng)方式為“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng),采用2116 巷(5.3 m×3.4 m)進(jìn)風(fēng),5116 巷回風(fēng)(4.6 m×3.4 m),8116 頂板抽放巷(3.8 m×2.95 m)封閉抽放。該工作面受煌斑巖的影響,16%的煤層為“混煤”?!盎烀骸币载毭簽橹?、無煙煤和不粘煤為輔,并含有少量硅化煤和天然焦。煤視密度平均1.46 g/cm3,煤塵有爆炸危險性。工作面參數(shù)見表1。

        表1 工作面基本參數(shù)表

        2 工作面原有防塵系統(tǒng)

        塔山煤礦采用的除塵工藝包括灑水抑塵、噴霧除塵、煤層預(yù)注水除塵。

        2.1 灑水抑塵工藝

        塔山煤礦建立了完善的灑水管路系統(tǒng),通過及時灑水沖洗巷道實(shí)施抑塵。巷道每隔50 m 安裝一個洗巷三通,對綜采工作面超前支護(hù)或開關(guān)列車往外巷道每天灑水沖洗一次;皮帶巷管路引至行人側(cè)且支管管路末端距工作面不大于50 m,對綜采工作面皮帶巷每班灑水沖洗一次。

        2.2 噴霧除塵工藝

        卸煤點(diǎn)、采煤機(jī)機(jī)組均安設(shè)了噴霧系統(tǒng),卸煤時、機(jī)組割煤時開啟噴霧裝置,移架、放煤時開啟架間噴霧和放煤噴霧。設(shè)置內(nèi)噴霧壓力≥2 MPa,外噴霧壓力≥4 MPa,做到開機(jī)開水,實(shí)現(xiàn)卸煤、割煤期間的噴霧除塵工作。

        2.3 煤層預(yù)注水除塵

        8116 采煤工作面實(shí)施煤層預(yù)注水除塵工藝,采取先靜壓后動壓、單向多孔、近距離注水方式,每隔50 m 打一個高位孔(距離底板1.4 m),高位孔鉆孔長度為241 m,濕潤半徑10~15 m,注水壓力范圍2.5~5 MPa。

        3 防塵系統(tǒng)存在問題

        原有的噴霧除塵系統(tǒng)吸附除塵能力較差,經(jīng)檢測割煤機(jī)處粉塵濃度高達(dá)968 mg/m3。灑水抑塵耗水量較大,降塵后的污水滲入地下水環(huán)境,導(dǎo)致了地下水環(huán)境污染。原有的煤層預(yù)注水除塵技術(shù)由于鉆孔布置不合理造成注水效果不佳。

        4 綜合防塵系統(tǒng)改進(jìn)

        塔山煤礦8116 工作面從“優(yōu)化鉆孔布置+封閉除塵+水幕截塵”三個方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。其中優(yōu)化鉆孔布置通過改善煤質(zhì)含水量,從根本上減少產(chǎn)塵量;封閉除塵用于主要轉(zhuǎn)載點(diǎn),對主要的產(chǎn)塵部位實(shí)施密閉除塵;水幕截塵是從粉塵的擴(kuò)散傳播途徑進(jìn)行粉塵治理。

        4.1 優(yōu)化注水減塵工藝

        8116 采煤工作面煤層原有的預(yù)注水系統(tǒng)的除塵效果較差,注水除塵效果達(dá)不到預(yù)期要求。分析其主要原因?yàn)橐韵氯齻€方面:單向多孔注水不充分,注水壓力較?。?.5~5 MPa)、注入水體的滲透能力較差。優(yōu)化如下:

        (1)采用交錯式鉆孔布置。在2116 進(jìn)風(fēng)巷道和5116 回風(fēng)巷道交錯布置鉆孔,鉆孔間距10 m,角度為+2.6°,孔深241 m,孔徑65 mm,在距工作面30 m 位置開孔,2116 巷和5116 巷鉆孔數(shù)量各為49 個,呈交錯邁步式布置。通過交錯式鉆孔布置極大地減小了注水孔距,煤層注水減塵效果明顯改善。

        (2)調(diào)整注水壓力為8 MPa。采取9 m 長膠囊封孔器預(yù)封孔,再通過灌注水泥漿使實(shí)際封孔長度達(dá)到18 m;注水流量為134 L/min,注水壓力為8 MPa。

        (3)添加降塵劑。為提高注水溶液的滲透能力,提高煤層注水水分含量,改善注水抑塵效果,在注水工藝中添加降塵劑。由GZJ-02 型管道自動加液混合裝置在注水過程中添加。

        通過交錯式鉆孔布置縮短了注水孔孔距,注水壓力大提高改進(jìn)了水體的擴(kuò)散能力,降塵劑的添加實(shí)現(xiàn)水體滲透能力的改善,該三個改進(jìn)措施有效改善了注水效果,實(shí)現(xiàn)了工作面高位鉆孔的單孔注水量為870 t,單孔注水天數(shù)為22 d。注水后煤體中水分含量>4%,煤層含水量顯著提高,煤層的產(chǎn)塵量顯著減低。

        4.2 主要產(chǎn)塵點(diǎn)實(shí)行封閉除塵

        主要產(chǎn)塵點(diǎn)安設(shè)封閉除塵系統(tǒng),從根本上減少主要產(chǎn)塵部位的粉塵產(chǎn)生量。以8116 工作面運(yùn)輸順槽2#皮帶運(yùn)輸機(jī)某個轉(zhuǎn)載點(diǎn)為例進(jìn)行介紹,封閉除塵系統(tǒng)如圖1。該裝置的主要系統(tǒng)包括封閉外殼、粉塵濃度檢測系統(tǒng)、自動灑水除塵系統(tǒng)。自動灑水裝置需滿足開機(jī)開水,設(shè)施安裝位置必須正確,出水暢通,流量滿足,降塵效果好,噴霧灑水必須噴灑在落煤點(diǎn)上,各轉(zhuǎn)載點(diǎn)和破碎機(jī)至少安裝一套自動灑水裝置,轉(zhuǎn)載點(diǎn)落差大于0.5 m 時,必須安裝導(dǎo)流槽。

        圖1 運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)封閉防塵裝置示意圖

        產(chǎn)塵點(diǎn)安設(shè)的封閉除塵系統(tǒng)設(shè)置了檢測參數(shù)加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)。當(dāng)PC-TWA<4 mg/m3時,自動灑水除塵系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)PC-TWA ≥4 mg/m3時,自動灑水除塵系統(tǒng)自動開啟進(jìn)行降塵。該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)主要產(chǎn)塵點(diǎn)的自動除塵,有效減少了主要產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵量。

        4.3 安設(shè)凈化水幕截塵裝置

        為增強(qiáng)除塵效果,在采煤工作面距上下順槽巷每隔500 m 設(shè)置1 道凈化水幕,隨采隨移,凈化水幕覆蓋全斷面。2116 巷距繞道口50 m 范圍內(nèi)設(shè)置1 道凈化水幕,距工作面100~150 m 范圍內(nèi)設(shè)置1道凈化水幕;5116 巷距工作面50 m 處設(shè)置1 道凈化水幕,距回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道50 m 處設(shè)置1 道凈化水幕。凈化水幕截塵裝置主要部件包括旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、紅外線控制系統(tǒng)、水幕噴射系統(tǒng)、粉塵過濾沉降系統(tǒng),布置形式如圖2。

        圖2 凈化水幕截塵裝置示意圖

        (1)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和紅外線控制系統(tǒng):用于控制凈化水幕的開啟與關(guān)閉,該水幕在工作面生產(chǎn)期間處于關(guān)閉狀態(tài)。運(yùn)輸機(jī)設(shè)備行駛到該地點(diǎn)時通過紅外線控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水幕的啟閉,實(shí)現(xiàn)水幕自動除塵。

        (2)水幕噴射系統(tǒng):由頂部的高壓噴頭、輸送機(jī)通道水簾組成。在水幕正常工作狀態(tài)下,該系統(tǒng)通過噴射高壓水形成水幕,在輸送機(jī)通道頂部形成水簾進(jìn)行捕塵,有效切斷了粉塵的擴(kuò)散途徑。

        (3)粉塵過濾沉降系統(tǒng):由沉降水槽、過濾池、水泵組成。凈化水幕捕塵沖刷至沉降水槽進(jìn)行預(yù)沉淀,預(yù)沉淀后的清水經(jīng)水泵抽至高壓水管實(shí)現(xiàn)水源二次利用,預(yù)沉淀后的煤泥經(jīng)過二次沉淀后混入輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)回收。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)除塵水源的二次利用,減少了除塵水源的浪費(fèi),并且粉塵煤泥直接進(jìn)行回收利用。

        5 應(yīng)用效果分析

        為檢測綜合防塵系統(tǒng)改進(jìn)效果,塔山煤礦利用現(xiàn)有的粉塵傳感器,監(jiān)測分析工作面粉塵濃度情況,檢測結(jié)果顯示:

        (1)8116 工作面運(yùn)輸順槽2#皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)實(shí)行封閉除塵措施后,該地點(diǎn)粉塵的加權(quán)平均容許濃度為4.5 mg/m3。該地點(diǎn)的粉塵得以有效控制,降塵作用明顯。

        (2)8116 工作面巷道粉塵最高濃度降低為16.68 mg/m3,凈化水幕截塵裝置有效截止了粉塵的擴(kuò)散傳播途徑。

        6 結(jié)論

        塔山煤礦采取的“優(yōu)化鉆孔布置+封閉除塵+水幕截塵”三個方面的降塵措施,分別從改善煤質(zhì)含水量、源頭控制產(chǎn)塵量、切斷粉塵的擴(kuò)散傳播途徑三個方向進(jìn)行粉塵治理。應(yīng)用效果表明,該方案能夠?qū)崿F(xiàn)巷道粉塵最高濃度降低為16.68 mg/m3,有效實(shí)現(xiàn)防塵治理。

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