综掘工作面除尘系统（通用4篇）
综掘工作面除尘系统 篇1
掘进机作为煤矿巷道掘进的主要设备, 在巷道掘进时会产生大量的粉尘。掘进工作面的工序繁杂, 产生粉尘的地点位置多变。随着综采、综掘技术的迅猛发展, 开采强度不断增大。于此同时, 我国煤矿粉尘污染问题日趋严重。如综掘工作面在只采取内外喷雾时, 司机处粉尘浓度高达300~1 000mg/m3, 而且呼吸性粉尘占全尘浓度的30%左右, 无论是全尘浓度还是呼吸性粉尘浓度均严重超标, 带来的严重后果是煤尘爆炸隐患增大和煤炭行业尘肺病人数的增多。据统计, 目前我国煤矿约有矽肺病人40万人, 每年死于矽肺病约2 500人, 每年新增矽肺病人约8 000人。近几年, 我国煤矿安全生产形势仍然严峻, 重特大事故尚未得到有效遏制。
数量众多的职业矽肺病患者, 要花费大量的人力和物力来进行治疗, 不仅给患者及家属带来了很大的痛苦, 也给社会造成巨大的经济负担。控制矽肺病的发生和防止煤尘爆炸已成为煤炭行业亟待解决的问题。最有效的措施就是大幅度降低作业场所空气中的粉尘浓度。以往国内煤矿使用的掘进机一般都配有外喷雾和内喷雾装置, 但在使用时易出现堵塞喷嘴, 水封易损坏等问题。外喷雾勉强使用, 内喷雾却一直没有很好发挥作用, 多数掘进机的内喷雾弃置不用, 而除尘设备使用的也较少。已使用除尘设备的掘进工作面, 实际情况也不很理想。由煤炭科学研究总院太原研究院研制的HCN系列湿式除尘系统经过了大量的研究、改进, 在实践中取得了良好的除尘效果, 有效地改善了工人工作环境, 并消除了许多井下事故隐患。
粉尘的危害
粉尘的危害主要体现在矿尘的自燃性、煤尘的爆炸性及尘肺病的易发性。矿尘的自燃原因在于:由于过小的尘粒使自由表面增加, 从而提高了其化学活性和氧化产热能力。由于氧化反应产生的热量不能及时散发, 使氧化反应自动加速, 从而导致燃烧的发生。
根据自燃温度可将可燃性粉尘分为两大类:第一类粉尘的自燃温度高于周围环境的温度, 只有在加热时才能引起燃烧;另一类粉尘的自燃温度低于周围环境的温度, 即使不加热也会引起自燃, 这种粉尘极易形成火灾。煤尘爆炸只有在一定的浓度范围内才会发生。通常把这个范围叫做爆炸极限。资料表明, 煤尘浓度达到30~50g/m3是引起煤尘爆炸的下限, 煤尘浓度为1 000~2 000g/m3是引起煤尘爆炸的上限, 煤尘浓度为300~400g/m3时, 爆炸力最强。
煤尘爆炸所产生的高温、高压和冲击波以及引发的火灾, 会对人员、设备、矿井造成严重危害。
尘肺病与矿尘的关系
尘肺病是矿工最常见的职业病之一。它的形成是由于工人长期吸入作业环境中悬浮粉尘而引起的。对粉尘的评价主要是粉尘的成分和粉尘的分散度。
粉尘中游离二氧化硅含量的多少一直是评价粉尘的主要指标。一般认为, 粉尘中游离二氧化硅的含量越高, 越容易导致矽肺病的发生。为此, 我国《煤矿安全规程 (2005) 》第739条对作业场所空气中粉尘浓度提出了具体规定, 分别对总粉尘和呼吸性粉尘的最高允许浓度, 应该符合下表的规定要求。
降低作业场所空气中的粉尘浓度是控制尘肺病发生的最有效的措施, 目前已成为煤炭行业头等重要的事情。煤尘对人体呼吸系统的影响很大, 尤其是≤5μm的呼吸性粉尘, 它可以避开呼吸系统的各种保护, 随空气直接流入人体的肺部。根据统计数字, 几乎所有在3年以上工龄的矿工都有不同程度的尘肺病, 并且不同工种的工人患病的几率不同。资料表明, 井巷掘进工人的患病率为4.22%, 采煤工的患病率为2.35%。由这些数据可以看出, 粉尘污染对煤矿工人的身体健康影响很大。
综掘工作面产尘机理分析
煤矿井下掘进工作面作为综采工作的前期开拓工作面, 它的产尘量在井下总产尘量中所占的比例仅次于综采工作面, 而且井巷的掘进又以其工序多、尘源分散、粉尘分散度高的特点, 成为防尘的重点。这是由于掘进机在切割、装载、转运过程中要产生大量的煤尘。煤尘的蔓延, 给煤矿的井下工作埋下隐患。据统计, 煤矿矽肺病患者中85%以上发生在岩巷掘进工作面, 煤巷和半煤岩巷道的煤尘瓦斯爆炸事故发生率也占很大的比重。
综掘工作面粉尘来源主要来自截割过程。截齿靠近煤壁与煤壁接触后煤体受到挤压, 截齿深入煤体, 从而使煤体受剪切力的作用。当截齿离开煤壁时, 煤体破碎而成粉末状掉落下来形成煤尘。如果降落的煤尘随着截割滚筒的旋转而飞扬起来, 就使煤尘进入运动的气流中扩散。另外, 工作面通风、截割头旋转以及煤下落形成的风流作用也会产生粉尘, 这些粉尘呈悬浮状态并随着工作面风流扩散, 如果不在产尘源时及时灭尘, 则会使煤尘充斥整个巷道, 这样在整个掘进工作面上百米巷道中造成很严重的煤尘污染。浓度很高的煤尘不但影响了矿工的身体健康, 同时还容易引起煤尘爆炸的事故。所以, 掘进工作面的防尘一直是井下防尘的重点。从掘进机的产尘机理分析中可以看出, 最好的防尘技术措施应针对粉尘的形成处, 即在截割煤炭时, 减少粉尘的形成, 其次是尽可能地把粉尘控制在一定空间内收集降尘。
HCN系列湿式除尘系统
组成及工作原理
HCN系列湿式除尘系统组成如图1所示, 主要由负压风筒、湿式除尘器、配套风机、除尘器风机移动装置、附壁风筒等组成。
HCN系列湿式除尘系统工作原理如下:掘进生产时, 关闭附壁风筒的风门, 使供风风筒中的新鲜风流在经过附壁风筒时, 沿附壁风筒的侧面出风口旋转流出, 即将压入工作面的轴向风流改变成沿巷道的旋转风流向掘进工作面供风, 在掘进机司机前方的进风口处建立起空气屏幕, 控制悬浮粉尘向巷道后方扩散, 使含尘气流只能沿布置在司机前方的进风口吸入除尘器。进入除尘器后, 除尘器对含有粉尘的空气进行净化处理, 净化处理后变成新鲜、干净的空气排出。因此, 经过除尘系统对粉尘的处理, 掘进机进风口后方巷道的空气变得干净、清新, 有利于工人身体健康, 也便于工人掘进作业。
在掘进生产结束后, 将附壁风筒的风门打开, 供风风筒向掘进工作面正常通风。
高效湿式除尘器主要由进风口、粉尘捕集区、水滴分离区和出风口等组成, 如图2所示。除尘器的除尘主要有捕集、脱水两个环节, 含尘空气经过风筒进入除尘器后首先进入粉尘捕集区, 与从喷嘴喷出的水雾以较高的相对速度接触, 接着尘粒表面附着的气膜被冲破, 尘粒被水湿润, 发生激烈的凝聚, 凝聚形成的含尘水滴在经过水滴分离区被捕捉、聚集, 然后形成污水排出。最后从水滴分离区中排出的空气是清洁空气。
水滴捕集灰尘主要是通过惯性碰撞、扩散作用、凝聚作用3部分作用实现。一是惯性碰撞。如图3所示, 尘粒和水滴之间的惯性碰撞是湿式除尘的最基本的除尘作用。直径为D的水滴与含尘气流具有相对速度V, 气流在运动过程中如果遇到水滴会改变气流方向, 绕过物体进行运动, 运动轨迹由直线变为曲线, 其中细小的尘粒随气流一起绕流, 粒径较大和质量较大的尘粒具有较大的惯性, 便脱离气流的流线保持直线运动, 从而与水滴相撞。由于尘粒的密度较大, 因惯性作用而将保持其运动方向, 在一定粒径范围的尘粒由于惯性与水滴碰撞并黏附于水滴上。相对速度D越大, 所能捕获的尘粒粒径范围越大, 1μm以上的尘粒, 主要是靠惯性碰撞作用捕获。二是性的作用加以捕集。另外水滴与尘粒的荷电性也促进尘粒的凝集。
实际应用成果
该系统成套设备经配套组装检验合格后, 于2006年10月初运抵山西潞安矿业集团王庄煤矿, 10月15日设备下井安装, 10月21日设备安装调试完毕, 开始了井下工业性试验。截至2007年3月8日, 累计共试验139个工作日, 共掘进进尺1 200m, 试验期间, 由矿上通风队进行工作面测尘, 其中司机位粉尘浓度由使用前的438mg/m3降至66mg/m3, 降尘率达到85%;割煤时掘进机后4~5m处, 粉尘浓度由使用前的386mg/m3降至38mg/m3, 降尘率达到90%;吸尘风筒入风口粉尘浓度为388mg/m3, 除尘风机出风口粉尘浓度为66mg/m3, 除尘器除尘效率为83%, 扩散作用。通常尘粒粒径0.3μm以下的粉尘, 由于质量很小, 随风流而运动, 在气体分子的撞击下, 微粒像气体分子一样, 做复杂的布朗运动。但其扩散运动能力较强。在扩散运动过程中, 可与水滴相接触而被捕获。三是凝集作用。凝聚有两种情况, 一种是以微小尘粒为凝结核, 由于水蒸气的凝结使微小尘粒凝聚增大;另一种是由于扩散漂移的综合作用, 使尘粒向液滴移动凝聚增大, 增大后的尘粒通过惯取得了良好的除尘效果。
掘进机截割时产生大量的灰尘, 对井下工人的身体健康造成严重危害。随着煤炭产业的快速发展, 企业对除尘设备的研制、改进的需求变得越来越迫切。在现有防尘技术基础上, 研究开发更高效、更经济、更环保的除尘技术是煤矿机械化程度不断提高的要求, 同时也是所有煤炭科研工作者不懈努力的目标。
综掘工作面除尘系统 篇2
关键词：综掘,除尘,风机,研究应用
1 问题的提出
旗山煤矿-850 m东二轨道大巷岩巷综掘工作面全长652 m, 巷道设计规格 (净) 为宽4.4 m、高3.4 m, 迎头配风量340 m3/min, 岩石硬度大, 采用德国进口LH1500型掘进机, 在掘进过程中, 采取掘进机内外喷雾、转载点喷雾、净化水幕及KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘等综合防尘措施, 但仍未取得很好效果。一是掘进期间巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标, 影响作业职工视线和身体健康安全;二是KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘采用YBK2-200L1-2型30KW电动机噪音大, 影响皮带机尾皮带开停语音信号传递及作业人员之间的任务交流;三是KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机采用风机动力吸入式捕尘, 额定处理风量310 m3/min, 造成除尘风机到迎头段出现微风和不稳定状态。
因此, 在掘进过程中, 为解决巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标问题, 针对从德国进口LH1500型掘进机配套的原KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机存在的缺陷, 提出了选用HCN250湿式除尘系统, 其与综掘机组和掘进压入通风配套使用组成的长压短抽湿式除尘系统使用了附壁风筒和高效湿式除尘器, 使之具有高收尘效率和高除尘效率, 二者有机结合, 解决了KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机所存在的缺陷, 达到了理想的除尘效果。
2 除尘风机的优化改造
2.1 优化改造的原则
系统尽可能简单、实用、安全可靠、经济, 有利于粉尘的治理和职工职业健康安全, 且必须符合煤炭行业的法律法规。
2.2 改造前除尘风机系统
KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机采取抽出式通风方法, 其工作原理为通过弹簧风筒将掘进工作面迎头含尘空气经风机动力吸入捕尘器, 通过振弦过滤板时, 在来流方向上设置的水喷雾器向振弦过滤板上不断地喷雾, 附有水幕的纤维能使粉尘湿润增重或凝固或滞留, 最终形成污水流排出风机外。除尘风机出风口排出净化后的空气, 其原理如图1所示。
在使用该除尘风机系统期间, 各检测点全尘、呼吸性粉尘浓度如表1所示。
mg/m3
综上可知:矿用湿式除尘风机采用风机动力吸入式捕尘, 额定处理风量310 m3/min, 而该掘进工作面迎头配风量340 m3/min, 存在以下问题:一是除尘风机到迎头段约有40 m3/min风量, 造成该巷道段出现微风和不稳定状态。二是工作面迎头有部分含尘风流向回风侧流动, 未进入除尘风机, 造成捕尘效果差, 由各检测点全尘、呼吸性粉尘浓度可知, 掘进期间巷道岩尘大, 除尘效率低, 总粉尘、呼吸性粉尘严重超标。
同时, KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机除尘采用YBK2-200L1-2型30 kW电动机, 现场实测工作噪音值大于85 d B, 由于电动机功率大, 噪音大, 影响皮带机尾皮带开停语音信号传递及作业人员之间的任务交流。
2.3 改造后除尘风机系统
HCN250湿式除尘系统是与掘进压入通风配套使用组成的长压短抽湿式除尘系统, 其除尘风机功率为2×7.5 kW, 供风要求180～250 m3/min。该系统使用了附壁风筒和高效湿式除尘器, 除尘器的除尘采用雾化、凝聚和脱水3个环节。含尘空气经过风筒进入除尘器后, 首先进入雾化区, 与从喷嘴喷出的水雾以较高的相对速度接触, 接着尘粒表面附着的气膜被冲破, 尘粒被水湿润, 发生激烈的凝聚, 凝聚形成的含尘水滴在经过除雾垫层时大部分被捕捉、聚集, 然后形成污水排出。最后排出清洁空气。未掘进时HCN250湿式除尘系统原理如图2所示, 掘进时HCN250湿式供风除尘原理如图3所示。
使用HCN250湿式除尘系统除尘期间, 各监测点全尘、呼吸性粉尘浓度如表2所示。
mg/m3
综上可知, HCN250湿式除尘系统其除尘风机功率为2×7.5 kW, 供风要求180～250m3/min, 在除尘风机距离工作面迎头50 m时, 通过现场实测除尘风机开单机吸风量240 m3/min, 这时附壁风筒窗口约240 m3/min流向迎头, 携带悬浮粉尘全部被吸进除尘风机, 使含尘空气不经过人员分布区域全部进入除尘风机经过净化;约100 m3/min风流流向回风侧, 满足巷道供风, 避免了KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机存在的缺陷。
HCN250湿式除尘系统其除尘风机功率为2×7.5 kW, 远远低于KCS-310LZ型矿用湿式除尘风机所采用的30 kW的YBK2-200L1-2型电动机功率, 很大程度上降低了电动机噪音, 经现场实测, 工作噪音值低于85 dB。
4 结论
综掘工作面除尘系统 篇3
1 工作面概况
5311运输巷综掘工作面所属煤层为3#煤, 煤层厚度稳定, 结构简单, 具条带状结构, 层状构造, 裂隙较发育。煤层相对瓦斯涌出量为0.24 m3/min, 属低瓦斯煤层。工作面采深430 m, 巷道净高3.1 m, 净宽4.4 m, 净断面积13.64 m2。工作面采用S150J型掘进机掘进, 其外形尺寸为9.34 m×2.9 m×1.65 m。掘进机工作时, 采用外喷雾降尘 (喷雾压力4.2 MPa) 和长压短抽混合通风除尘方式, 其中供风机为2×18.5 k W压入式通风机, 其处理风量为350 m3/min, 压入式风筒 (Φ700 mm) 口距工作面煤壁10 m左右;掘进机上安有1台液动除尘器, 最大处理风量为180 m3/min。目前, 工作面掘进速度快, 粉尘浓度高, 采用现有防尘措施不能满足要求, 主要原因是除尘器抽风量不足 (即工作面压入风量与抽出风量的抽压比未达除尘要求的最佳值) , 且未采取有效措施防止工作面煤壁产生的粉尘向外扩散, 导致部分未被吸入除尘器的粉尘向外扩散, 使回风流粉尘浓度增高, 实际上并未真正解决工作面的粉尘问题。
2 综合控、除尘系统
综合控、除尘系统主要由除尘系统和涡流控尘系统两部分组成, 如图1所示。
1—除尘系统;2—控尘系统;3—压风系统。
2.1 除尘系统
2.1.1 系统组成
除尘系统主要由KCS-300D型矿用湿式过滤旋流除尘器、强力负压风筒和吸尘罩组成。其中KCS-300D型矿用湿式过滤旋流除尘器是结合引进波兰旋流除尘器、德国高效除尘器等发达国家先进除尘器的除尘原理, 研制的新一代除尘器, 总粉尘除尘效率达到99%以上, 其主要由进气喷水段、配套风机段、过滤除尘段和波纹脱水段等组成, 见图2。
1—进气喷水段;2—配套风机段;3—过滤除尘段;4—波纹脱水段。
2.1.2 系统除尘机理
当综掘机割煤时, 同时启动除尘器, 截割头产生的高浓度含尘气流被除尘器产生的高强负压吸入吸尘罩, 并依次进入高强度负压风筒和除尘器;含尘空气进入除尘器后, 在进气喷水段通过水雾作用, 使气流中的粉尘颗粒得到充分湿润, 湿润的含尘气流经过配套风机段进入过滤除尘段, 在高速旋转离心力作用下通过过滤除尘段和波纹脱水段, 使尘水和空气分离, 湿润的粉尘所形成的泥浆流入污水箱排出, 净化后的干净空气排至巷道中。
2.2 涡流控尘系统
2.2.1 系统组成
涡流控尘系统主要由ZKW-600A型涡流控尘装置、伸缩风筒及压入式供风筒组成。其中ZKW-600A型涡流控尘装置是利用国外先进技术结合自身科研成果最新研制成功的控尘设备, 其采用液压马达驱动, 利用掘进机富裕高压油为动力, 主要由风筒存储器、风向转换器和涡流风筒等组成, 如图3所示。
1—涡流风筒;2—风向转换器;3—风筒存储器。
2.2.2 系统控尘机理
涡流控尘装置利用掘进机液压系统富裕高压油驱动液压马达, 从而带动风向转换器中的叶轮高速旋转, 将压入风流引入风筒存储器, 在风向转换器的强力作用下, 使经过风向转换器的压入风流强行改变方向 (由纵向风变成横向风) , 从涡流风筒上预设的缝隙中排出, 冲洗着整个风筒缝隙长度所涵盖的巷道断面, 并在巷道内形成旋转风流。同时, 在除尘设备的抽吸作用下, 掘进工作面及其附近巷道段形成了负压区, 使旋转风流以螺旋形式向工作面煤壁推进, 形成一道连续的螺旋风幕, 阻止工作面煤壁产生的粉尘向外扩散。采用涡流控尘装置后, 巷道风流分布如图4所示。
2.3 综合控、除尘系统配套安装
2.3.1 除尘系统配套安装
根据5311综掘工作面的实际情况, 先将除尘器承载小车安放在桥式转载机机尾后3 m处的滑道上, 用槽钢连接桥转和承载小车;再将除尘器安装固定在承载小车上, 实现除尘器与掘进机联动;最后将强力负压风筒与吸尘罩依次与除尘器连接, 使吸尘罩延伸至距工作面煤壁3 m左右位置处。
2.3.2 控尘系统配套安装
涡流控尘装置液压系统与掘进机液压系统连接, 如图5所示, 待液压系统连接完毕后, 再利用Φ700 mm变Φ800 mm的风筒变接头将压入式供风筒出风段接入涡流控尘装置进风段, 用伸缩风筒将进风段与风筒存储器连接, 涡流控尘装置纵向出风口用伸缩风筒延伸至距工作面煤壁10 m左右位置处, 并用钢丝绳与掘进机连接, 由掘进机牵引向前移动。
1—掘进机液压系统;2—三通;3—截止阀;4—直通;5—高压管路6—调压截止阀;7—溢流阀;8—液压马达;9—控尘装置。
3 综合控、除尘系统配套工艺研究及效果考察分析
3.1 综合控、除尘系统配套工艺研究
主要是涡流控尘系统配套工艺研究, 其内容是涡流控尘装置首节风筒纵向出风口距工作面煤壁的距离 (简称控尘装置距煤壁的距离) 和涡流控尘装置向前移动的频率。控尘装置距煤壁的距离, 直接影响综合控、除尘效果:距离过小 (≤12 m) , 控、除尘系统不能达到最佳除尘效果[2], 且影响工作面正常生产 (掘进机不能后退清理浮煤) ;距离过大, 到达煤壁的新鲜风量较小, 不利于稀释瓦斯, 同时控尘效果较差, 也不利于除尘系统收尘。涡流控尘装置向前移动的频率, 直接影响工人对其进行管理的工作量, 移动频率越快工作量就越大 (掘进机与控尘装置并不是布置在同一条直线上, 掘进机用钢丝绳牵引控尘装置向前移动, 控尘装置会向巷道中间靠拢, 需要有工人用铁棍将其撬到巷帮, 使其紧贴巷帮, 以免影响生产) ;反之则工作量就越小。
由实验室试验数据 (见表1) 可知, 控尘装置距煤壁12 m时, 掘进机司机处 (距煤壁6 m处) 的除尘效果最佳 (达到96.9%) 。但现场实际使用过程中, 将控尘装置安装在距煤壁12 m时, 会影响工作面正常生产 (主要是影响掘进机后退清理底板浮煤) 。为此, 需通过现场试验为控尘装置确定一个比较合理的距离 (控尘装置距煤壁的距离) , 既不影响生产, 又能使控、除系统保持较好的除尘效果, 以满足现场使用要求。
3.2 效果考察分析
针对上述情况, 在5311综掘工作面进行试验, 考察控尘装置在不同距离时, 综合控、除尘系统在掘进机司机处的除尘效果, 其试验数据见表2。从表2可以看出, 单独使用外喷雾时, 司机处的粉尘质量浓度达到175.6 mg/m3;控尘装置距煤壁12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 m时, 司机处的粉尘质量浓度分别为8.6, 9.7, 13.6, 18.4, 26.9, 44.1, 74.1 mg/m3。其中, 控尘装置距煤壁12 m时, 司机处的粉尘质量浓度最低8.6 mg/m3, 但影响工作面正常生产;控尘装置距煤壁15~24 m内时, 司机处的平均粉尘质量浓度为17.4 mg/m3;当控尘装置距煤壁的距离大于等于24 m时, 司机处的粉尘质量浓度明显增加 (控尘装置距离煤壁27 m时粉尘质量浓度达到44.1 mg/m3) 。
结合5311综掘工作面的实际情况和上述试验分析, 该工作面每班进度为9 m左右, 确定将涡流控尘装置布置在距煤壁15~24 m巷道内 (刚好是掘进机1个班的进度) ;为此, 待每班工作完成后, 用掘进机将控尘装置移至距煤壁15 m位置处, 这样, 每个生产班只需移动一次, 降低了控尘装置移动频率和工人的工作量, 同时控尘装置在距煤壁15~24 m内, 司机处的平均粉尘质量浓度为17.4 mg/m3, 具有较好的除尘效果。
4 结论
1) 使用综合控、除尘系统后, 掘进机司机处的平均粉尘质量浓度仅为17.4 mg/m3, 极大地降低了司机处的粉尘浓度, 改善了司机处的作业环境。
2) 通过试验确定了涡流控尘装置的布置区域及移动频率, 即将控尘装置布置在距煤壁15~24 m内, 每个生产班移动1次。控尘装置在距煤壁15~24 m内, 司机处的平均粉尘质量浓度为17.4 mg/m3, 具有较好的除尘效果。
摘要：针对综掘工作面掘进速度快、粉尘浓度高, 现有的防尘措施已不能满足要求的情况, 提出了综合控、除尘技术解决综掘工作面的粉尘问题。介绍了综合控、除尘系统的组成和控、除尘机理, 通过在鲍店矿5311综掘工作面的应用表明, 使用综合控、除尘系统后, 降低了该工作面司机处的粉尘质量浓度, 有效改善了司机处的作业环境。
关键词：综合控除尘技术,综掘工作面,研究,应用
参考文献
[1]牛保炉, 陈颖兴, 邱海江, 等.古书院矿掘进工作面混合式除尘技术的试验研究[J].矿业安全与环保, 2006, 33 (6) :41-46.
[2]梁爱春, 金小汉, 郭胜均.涡流控尘系统与湿式旋流除尘系统复合除尘效果影响因素试验[J].矿业安全与环保, 2009, 36 (3) :4-6.
综掘工作面除尘系统 篇4
目前,综掘工作面主要采用煤层注水、高压喷雾、泡沫除尘、长压短抽通风除尘等技术进行降尘。其中,煤层注水技术一般用于煤层预湿润,从源头上降低粉尘的产生量,其降尘效率可达70%,还有30%的粉尘需要治理; 高压喷雾、泡沫除尘和长压短抽通风除尘技术均可用于掘进机割煤期间的粉尘治理。长压短抽通风除尘技术主要通过控尘装置降低工作面压风流对工作面端头的冲击,以减少工作面冲击性粉尘产生量,同时利用除尘器进行抽尘净化。目前长压短抽通风除尘技术已经在我国得到广泛应用,主要适用于较大断面积巷道,否则易导致设备安装和移动时存在一定困难,限制该技术在综掘工作面的应用。高压喷雾雾粒具有速度快、密度大、粒径小、带有微量电荷等特点,能够显著降低工作面粉尘浓度。泡沫对粉尘具有良好的弹性、湿润性、隔绝性、粘连性等物理特点,同时有较大的比表面积,通过产生大量无间隙、密实的泡沫粒子群,使其几乎可以捕捉所有与之相遇的粉尘。为了有效降低新桥煤矿2501 综掘工作面粉尘浓度,并选择适合该工作面生产条件、产尘特点的降尘技术及工艺,开展了高压喷雾和泡沫除尘技术的对比分析研究[1,2,3,4]。
1 工作面概况
新桥煤矿2501 综掘工作面宽3. 8 m、高2. 5 m,断面积9. 5 m2。工作面直接底为砂质泥岩,老底为粉砂岩; 直接顶为粉砂岩,老顶为泥岩、粉砂岩。采用EBZ-132 型悬臂式纵轴掘进机沿煤层顶板掘进,并使用胶带输送机将煤炭运至煤仓。
该工作面绝对瓦斯涌出量为0. 75 m3/ min,煤层不易自燃,煤尘爆炸性指数为13. 3%。采用1 台FBD№6. 0 / 2×18. 5 局部通风机向工作面供风,供风量236 ~ 486 m3/ min。工作面目前仅采用低压喷雾降尘措施,喷雾压力低,且未采取有效过滤措施,掘进机内外喷雾未能正常使用,导致生产期间工作面粉尘浓度严重超标。经测试,工作面未采取防尘措施时总粉尘和呼吸性粉尘的质量浓度分别为3 531、318. 4 mg / m3。
2 高压喷雾除尘技术的应用
2. 1 高压喷雾降尘系统的组成
综掘工作面高压喷雾降尘系统主要由矿用喷雾泵、自动控制水箱、精密水质过滤器、高压喷雾降尘器、高压管路等组成。高压喷雾降尘系统如图1 所示。
综掘工作面高压喷雾降尘系统通过矿用喷雾泵产生8 ~ 12 MPa压力水,沿高压管路输送到掘进机上的高压喷雾装置,并形成速度高、密度大、带电荷的微细水雾粒,掘进机割煤时产生的粉尘经过水雾粒区时,与水雾粒相互碰撞、拦截、凝结并迅速沉降,达到降低工作面粉尘浓度的目的[5]。
2. 2 高压喷雾降尘系统设备现场布置
2. 2. 1 喷雾泵站布置
高压泵站主要由一泵一箱组成,根据现场调研,有3 种安装布置方式: 一是布置在掘进机机身上,由于喷雾泵和水箱体积较大,不适宜在掘进机上安设;二是将高压泵站布置在掘进机二运跑道上,由于水箱装满水后总重约1. 2 t,再加上喷雾泵质量约973 kg,当工作面延伸到1 000 m以上时,存在跑道拉动困难现象; 三是考虑到泵站与水箱体积较大、较重,将其放置在巷道一侧的方式,每200 m向前移动一次。综合考虑工作面生产条件,工作面距离远时采用第3 种安装固定方式。
2. 2. 2 高压喷雾装置布置
高压喷雾装置( 包括高压喷嘴、底座、支撑架) 的固定方案有2 种: 一是采用圆环型固定底座,将高压喷雾装置固定在掘进机摇臂上; 二是采用固定平板和紧固螺栓,将高压喷雾装置分别固定在掘进机摇臂尾部左侧、右侧和上侧。第1 种方案,喷嘴围绕滚筒圆周布置,能够将所有截齿包裹起来,缺点是离截齿太近导致截齿没有处在喷雾最佳覆盖范围内,因此需要更多喷嘴,增加了耗水量; 同时致使喷雾装置经常被煤块砸碰或淹没在煤堆里,增加了喷雾装置损坏几率。第2 种方案,高压喷雾装置固定在掘进机摇臂尾部,保证截齿处在喷雾最大覆盖范围内,减少了喷嘴数量,减少了工作面喷雾耗水量,同时避免了喷雾装置被煤块损坏的几率[6]。
通过比较可知,采用第2 种方案时喷雾装置随摇臂摆动而运动,保证高压喷雾能够跟踪并包裹截割头,同时避免了高压喷雾装置被损坏的可能性; 在减少用水量的同时,使工作面降尘效率也处在最佳状态。因此选用第2 种固定方案。
2. 2. 3 系统管路布置
水箱进、出水口接头均为KJ32 快速接头; 高压泵进水口为KJ32 快速接口,出水口为KJ25 接头,因此水箱与巷道供水管道之间需配备一个KJ32 →KJ25 直通; 水箱与喷雾泵之间、高压喷雾泵站与高压喷雾装置之间通过KJ25-10-25 高压胶管连接到掘进机司机位置后,通过一个KJ25 /KJ13 /KJ13 /KJ13 四通和KJ13-10-22 高压胶管向3 个喷雾装置供水。系统管路布置见图2。
2. 3 效果考察
为考察2501 综掘工作面采取高压喷雾降尘措施后的降尘效率,首先在综掘工作面端头未采取任何防尘措施条件下对司机位置的粉尘进行采集以作为工作面的原始粉尘浓度; 然后分别将喷雾泵压力调至8、10、12 MPa,对司机位置的粉尘进行采集并作为采取高压喷雾降尘措施后的粉尘浓度。采样器为AZF-02 型呼吸性粉尘采样器,采样流量20 L/min,采样时间1 min。按照GBZ/T 192. 1—2007《工作场所中粉尘浓度测定,第一部分: 总粉尘浓度》测试方法,通过滤膜称重法对采集的含尘滤膜进行烘干、称重和分析,测试结果见表1。
由表1 可知,2501 综掘工作面掘进机割煤时司机位置的原始粉尘质量浓度为3 531. 0 mg /m3; 采取高压喷雾降尘措施后的总粉尘质量浓度为264. 0 ~298. 5 mg / m3,总粉尘降尘效率为91. 6% ~ 92. 5%。工作面掘进机割煤时司机位置的原始呼吸性粉尘质量浓度为318. 4 mg /m3,采取高压喷雾降尘措施后的呼吸性粉尘质量浓度为33. 2 ~ 35. 3 mg /m3,呼吸性粉尘降尘效率为88. 9% ~ 89. 6%。从不同喷雾压力条件下司机位置的降尘效率测试结果来看,喷雾压力增大,降尘效率随之增加,但是降尘效率增加幅度随着喷雾压力的增加而逐渐变小。
3 泡沫除尘技术的应用
3. 1 泡沫除尘系统的组成
泡沫除尘系统主要包括比例添加装置、矿用发泡装置、泡沫输送管、喷射装置等,见图3。泡沫除尘系统通过添加泵从添加液箱中抽吸泡沫原液,进入发泡器内与压缩空气混合并产生密集的高倍数泡沫,经泡沫输送管从泡沫喷枪喷向产尘点,捕集飞扬的粉尘和覆盖尘源点,进而达到高效除尘的目的。
3. 2 泡沫除尘系统设备现场布置
3. 2. 1 泡沫喷射装置布置
泡沫喷射装置固定方式有2 种: 第1 种是固定在掘进机摇臂上,该固定方式距离截齿太近,导致截齿没有在泡沫最佳覆盖范围内,需要更多泡沫喷头,增加了泡沫剂消耗量; 同时泡沫喷射装置经常被煤块砸碰或淹没在煤堆里,增加了装置损坏几率。第2种是采用固定平板和紧固螺栓,将泡沫喷射装置安装在掘进机摇臂上护板表面,该方式固定简单,截齿处于泡沫喷射装置最佳喷射范围内,能够将装置喷射性能发挥到最佳。因此,泡沫喷射装置固定采用第2 种方式。
3. 2. 2 发泡器布置
发泡装置最大外形尺寸为1 013 mm×344 mm×387 mm,其质量为48 kg,具有体积小、质量轻等特点,考虑到安装与调试的方便性,直接通过螺栓将其固定到掘进机转盘上。
3. 2. 3 泡沫剂液箱布置
泡沫剂液箱固定方式有3 种: 一是固定在掘进机机尾; 二是固定在掘进机二运跑道的电缆架子上;三是固定在掘进机桥式转载机上。考虑到管路布设和添加方便性,将泡沫液箱安装在掘进机机尾小刮板侧。
3. 2. 4 系统管路布置
1) 水路布置。泡沫除尘系统供水来自于工作面静压供水管,因此从管路供水三通处使用1 根KJ13管连接到发泡器即可。进水管路及部件主要有添加装置、扰流器、过滤器、水压表、高压管等。
2) 风路布置。泡沫除尘系统气源来自于综掘工作面压风,因此可以从掘进工作面压风管路供气三通处使用1 根KJ25 管连接到发泡器,发泡器进气管路接口为KJ25 快速接头。进气管路及部件主要有调压阀、气压表、高压管及直通等。
3. 3 效果考察
为了考察2501 综掘工作面采取泡沫降尘措施后的降尘效率,首先在综掘工作面端头未采取任何防尘措施条件下对司机位置的粉尘进行采集以作为工作面的原始粉尘浓度; 然后分别将泡沫剂浓度调节至1. 5%、2. 0%、2. 5%,对司机位置的粉尘进行采集以作为采取泡沫降尘措施后的粉尘浓度。采用AZF - 02 型呼吸性粉尘采样器采样,采样流量20 L / min,采样时间1 min。 按照GBZ / T 192. 1—2007《工作场所中粉尘浓度测定,第一部分: 总粉尘浓度》测试方法,通过滤膜称重法对采集的含尘滤膜进行烘干、称重和分析,测试结果见表2。
由表2 可知,2501 综掘工作面掘进机割煤时司机位置的原始总粉尘质量浓度为3 531. 0 mg /m3; 在泡沫剂添加浓度为1. 5%、2. 0%和2. 5%条件下,采取泡沫降尘措施后的总粉尘质量浓度为204. 8 ~303. 7 mg / m3,总粉尘降尘效率为91. 4% ~ 94. 2%。工作面掘进机割煤时司机位置的原始呼吸性粉尘质量浓度为318. 4 mg /m3,采取泡沫降尘措施后的呼吸性粉尘质量浓度为23. 9 ~ 29. 6 mg /m3,呼吸性粉尘降尘效率为90. 7% ~ 92. 5%。从不同泡沫剂浓度条件下司机位置的降尘效率测试结果来看,随着泡沫剂浓度增大,降尘效率随之增加,但是降尘效率增加幅度随着浓度的增加而逐渐变小。
4 高压喷雾与泡沫除尘技术应用情况的对比分析
4. 1 现场安装适应性对比
高压喷雾降尘系统中矿用喷雾泵和自动控制水箱布置在巷道一侧的注浆硐室内,随着掘进机向前掘进,需要定期移动高压泵站; 而泡沫除尘系统中发泡器、喷枪和添加装置及管路均集成在掘进机上,其移动非常方便。从减轻工人劳动作业量来看,显然集成化安装方式更为方便。
4. 2 安装与运行成本对比
高压喷雾降尘系统需要配备矿用喷雾泵和自动控制水箱,一次性投入较高,而后期仅需水费和电费,运行成本较低; 泡沫除尘系统需配备发泡器、喷枪、添加装置等设备,一次性投入相对较低,但后期需要定时添加泡沫剂,运行成本相对较高。
4. 3 降尘效果对比
高压喷雾技术总粉尘降尘效率为91. 6% ~92. 5%,呼吸性粉尘降尘效率为88. 9% ~ 89. 6%; 泡沫除尘技术总粉尘降尘效率为91. 4% ~94. 2%,呼吸性粉尘降尘效率为90. 7% ~ 92. 5%。从工作面降尘效果来看,采用泡沫除尘技术治理综掘工作面粉尘特别是呼吸性粉尘要优于高压喷雾降尘技术。
4. 4 工作面降尘技术的选择
从以上分析可知,泡沫除尘技术与高压喷雾降尘技术相比,其降尘效率更高,劳动强度相对较低,从减轻工人劳动强度和保障工人职业健康角度出发,宜在2501 综掘工作面采用泡沫除尘技术。
5 结语
1) 针对新桥煤矿2501 综掘工作面生产工艺和煤层赋存条件,应用泡沫除尘技术与高压喷雾降尘技术后,均取得了较好的降尘效果,有效降低了工作面粉尘浓度。
2) 从现场适应性、安装及运行成本、降尘效果等角度,对泡沫除尘技术和高压喷雾降尘技术进行了对比分析,表明泡沫除尘技术更适合在2501综掘工作面应用。
参考文献
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