綜采工作面粉塵分布實(shí)測(cè)及降塵技術(shù)探析

綜采工作面粉塵分布實(shí)測(cè)及降塵技術(shù)探析

陳榮柱1，譚聰2，謝中強(qiáng)1

(1.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 五礦，河南 平頂山 467000；2.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

[摘要]為了降低綜采工作面的粉塵濃度，對(duì)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦綜采工作面各作業(yè)工序粉塵濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定并分析，結(jié)果表明：割煤作業(yè)時(shí)滾筒附近粉塵濃度急劇增加，隨后又迅速下降；移架作業(yè)時(shí)在移架點(diǎn)下風(fēng)側(cè)5 m粉塵濃度達(dá)到最大；轉(zhuǎn)載作業(yè)時(shí)在轉(zhuǎn)載點(diǎn)處粉塵濃度急劇增加，隨后緩慢下降。針對(duì)目前粉塵控制方面的不足之處，結(jié)合各工序的產(chǎn)塵特點(diǎn)，提出了煤層注水、降塵水幕、氣水噴霧等粉塵控制技術(shù)措施。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，所采取的粉塵控制技術(shù)效果顯著，全塵降塵率達(dá)到了75.5%，呼塵降塵率達(dá)到63.8%。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面；粉塵分布；煤層注水；捕塵水幕

[中圖分類(lèi)號(hào)]TD714.2[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[收稿日期]2014-03-14

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.029

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)基金(51274024)：綜放工作面多塵源多場(chǎng)耦合機(jī)理及仿真模擬和控制方法的研究

[作者簡(jiǎn)介]陳榮柱(1969-)，男，重慶云陽(yáng)人，高級(jí)工程師，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦總工程師，從事煤礦安全生產(chǎn)、技術(shù)管理、經(jīng)營(yíng)管理方面的工作。

Dust Distribution Measurement of Full-mechanized Mining

Face and Dust Alleviation Technology

CHEN Rong-zhu1, TAN Cong2, XIE Zhong-qiang1

(1.5th Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Co., Ltd., Pingdingshan 467000, China;

2.Civil & Environment Engineering School, Beijing University of Science & Technology, Beijing 100083, China)

Abstract:In order to reduce dust concentration of full-mechanized mining face, dust concentration of every process of full-mechanized mining face, 5th Mine of Pingdingshan Tian'an Coal was measured.Analysis result showed that during coal mining, dust concentration abruptly rose near the rollers of coal cutter and rapidly declined; during moving supports, dust concentration at 5m down from moving point reached the maximum; in transiting, dust concentration at the transiting point sharply rose and then slowly declined. For the problem in dust control, considering dust production characteristic of every process, water infusion in coal-seam, dust-reduction water curtain and gas-water spraying were put forward.On-the-spot application showed that the effect of dust control technology was excellent.All dust reduction ratio reached 75.5%, respirable dust reduction reached 63.8%.

Keywords:full-mechanized mining face; dust distribution; water infusion in coal-seam; dust-capturing water curtain

[引用格式]陳榮柱，譚聰，謝中強(qiáng).綜采工作面粉塵分布實(shí)測(cè)及降塵技術(shù)探析[J].煤礦開(kāi)采，2015，20(1)：99-101.

隨著煤礦生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高，井下生產(chǎn)所產(chǎn)生的粉塵越來(lái)越大，特別是對(duì)人體危害比較大的呼吸性粉塵濃度也大幅上升[1-3]。粒徑在7μm以下的呼吸性粉塵長(zhǎng)時(shí)間在肺部積累極易形成塵肺病，同時(shí)高濃度的煤塵還有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，粉塵治理一直是科研工作者和礦山企業(yè)不斷研究的重要課題[4-7]。

由于綜采工作面作業(yè)工序多、生產(chǎn)設(shè)備多、機(jī)械化程度高、作業(yè)條件復(fù)雜、粉塵量較大，因此粉塵控制工作難度也較大[8-11]。為此，結(jié)合平煤股份五礦己16,17-23220綜采工作面的實(shí)際情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)粉塵測(cè)定研究，分析現(xiàn)有防降塵措施存在的不足，提出改進(jìn)方案，從而解決綜采工作面粉塵濃度大的難題。

1綜采工作面粉塵分布實(shí)測(cè)

根據(jù)GBZ/T 192.1-2007《工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定第1部分：總粉塵濃度》以及相關(guān)文獻(xiàn)中的采樣點(diǎn)布置方法，確定平煤五礦己16，17-23220綜采工作面采樣點(diǎn)的選擇和布置，分別測(cè)定綜采工作面逆風(fēng)割煤、順風(fēng)割煤、移架、轉(zhuǎn)載等各作業(yè)工序的粉塵濃度。如圖1至圖4所示。

圖1　逆風(fēng)割煤粉塵濃度沿程分布

圖2　順風(fēng)割煤粉塵濃度沿程分布

圖3　移架粉塵濃度沿程分布

圖4　轉(zhuǎn)載和破碎時(shí)粉塵濃度沿程分布

(1)分析圖1和圖2可得，采煤機(jī)割煤時(shí)，在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)5m(上風(fēng)側(cè)滾筒位置)至下風(fēng)側(cè)20m范圍內(nèi)粉塵濃度較大。順風(fēng)割煤在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)15m左右位置粉塵濃度達(dá)到最大，逆風(fēng)割煤在采煤機(jī)中部粉塵濃度達(dá)到最大，最大值均在1200mg/m3左右，嚴(yán)重超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)呼吸性粉塵濃度較大，加重了粉塵對(duì)人體的危害。因此，應(yīng)在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)20m范圍內(nèi)加強(qiáng)對(duì)粉塵的控制。

(2)根據(jù)圖3可知，移架作業(yè)時(shí)，在移架點(diǎn)下風(fēng)側(cè)5m范圍內(nèi)粉塵濃度急劇增加，最大達(dá)到949.2mg/m3，隨后粉塵濃度又急劇下降，在5m范圍內(nèi)下降到300mg/m3左右。移架作業(yè)粉塵粒徑相對(duì)較大，呼吸性粉塵所占的比重相對(duì)較小。對(duì)于移架作業(yè)最佳的降塵區(qū)間為移架點(diǎn)10m范圍內(nèi)。

(3)從圖4可知，轉(zhuǎn)載點(diǎn)前后粉塵濃度變化較大，從100mg/m3急劇增加到825.7mg/m3。主要是由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在風(fēng)向拐角處，局部風(fēng)速較大，對(duì)煤塊的吹揚(yáng)作用較為顯著。由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在綜采工作面的進(jìn)風(fēng)口，其產(chǎn)生的粉塵隨風(fēng)流穿過(guò)整個(gè)工作面，影響范圍較廣。因此，對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵的控制也十分重要。

2粉塵控制技術(shù)措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果及現(xiàn)有粉塵控制措施的調(diào)研情況，結(jié)合綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施。

2.1　煤層注水

通過(guò)煤層注水提高煤體的含水率是減少綜采工作面產(chǎn)塵的根本措施。煤層注水有短孔注水和長(zhǎng)孔注水兩種。短孔注水是在綜采工作面垂直煤壁打孔注水，孔深只有幾米，注水工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)采煤生產(chǎn)影響較大。長(zhǎng)孔注水是在工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷超前于工作面打長(zhǎng)孔注水，孔深一般為工作面長(zhǎng)度的2/3。長(zhǎng)孔注水具有注水時(shí)間長(zhǎng)、濕潤(rùn)范圍廣、與生產(chǎn)無(wú)干擾等優(yōu)點(diǎn)。為了能夠提高注水效率，在水中加入十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等表面活性劑，從而大大增強(qiáng)水溶液對(duì)煤體的濕潤(rùn)能力，使水溶液更好地沿著煤體的裂隙滲透。同時(shí)采用動(dòng)壓注水，注水壓力大于8MPa，以達(dá)到最佳注水效果。

2.2　轉(zhuǎn)載點(diǎn)降塵

轉(zhuǎn)載點(diǎn)處在工作面的上風(fēng)側(cè)新鮮風(fēng)流中，其產(chǎn)生的粉塵隨風(fēng)流貫穿整個(gè)工作面，因此對(duì)其產(chǎn)塵控制也極為關(guān)鍵。在刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等轉(zhuǎn)載點(diǎn)均采用半密閉罩封閉，在物料入口和出口采用條形皮簾遮擋，防止粉塵逸散。同時(shí)，在各個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)均設(shè)置3個(gè)噴嘴，噴嘴孔徑1.5mm，擴(kuò)散角60°，供水壓力不低于2.0MPa。

2.3　采煤機(jī)噴霧

采煤機(jī)割煤是綜采工作面最大塵源。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于滾筒內(nèi)噴霧采用冷卻水，水壓較低，水量不足，且噴嘴往往容易堵塞，霧化降塵效果極差。但內(nèi)噴霧系統(tǒng)難以改進(jìn)，在此主要設(shè)計(jì)改進(jìn)外噴霧裝置為主?，F(xiàn)有的外噴霧為中壓噴嘴，由于噴霧水壓不穩(wěn)定，常常出現(xiàn)水壓過(guò)小，霧化效果較差的現(xiàn)象。并且噴嘴安裝位置、噴射方向及噴嘴數(shù)量都存在不合理之處。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)出了氣水霧化外噴霧裝置，在采煤機(jī)前后兩搖臂上各安裝1套，每套裝置5個(gè)氣水噴嘴，調(diào)整各個(gè)噴嘴的噴霧方向，以達(dá)到覆蓋滾筒及其附近高濃度粉塵區(qū)域，如圖5所示。該裝置所需水壓為2～3MPa，氣壓為0.6MPa。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明：該裝置霧化效果明顯提高，噴霧面積覆蓋范圍較廣，射程遠(yuǎn)且比較穩(wěn)定，耗水量也得到降低，除塵率提高較大。

圖5　氣水霧化外噴霧裝置安裝示意

2.4　支架?chē)婌F及捕塵簾

現(xiàn)有的支架?chē)婌F存在噴射角度不合理，不能覆蓋工作面全斷面，并且霧化水滴隨風(fēng)流飄散，造成工作面水霧較大，影響工人正常工作。

為了提高移架降塵率，在每個(gè)支架均安裝自動(dòng)噴霧裝置，并且與支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在移架操作時(shí)其相鄰下風(fēng)側(cè)支架?chē)婌F自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，選用扇形噴嘴，合理布置噴射方向，實(shí)現(xiàn)全斷面覆蓋。

為了能夠降低工作面風(fēng)流中的霧滴和粉塵，在工作面安裝3道捕塵簾。捕塵簾由柔性鐵鏈和專(zhuān)用捕塵網(wǎng)組成，方便采煤機(jī)經(jīng)過(guò)時(shí)卷起和放下，安裝示意如圖6所示。

2.5　進(jìn)回風(fēng)巷除塵水幕

進(jìn)風(fēng)巷中由于膠帶運(yùn)輸過(guò)程中的抖動(dòng)和風(fēng)流對(duì)巷道壁粉塵的吹揚(yáng)，造成工作面新鮮風(fēng)流中含有少量粉塵。因此，在進(jìn)風(fēng)巷距工作面煤壁20～30m范圍內(nèi)安設(shè)1道風(fēng)流凈化水幕。在回風(fēng)巷距工作面煤壁50m，80m處各安設(shè)1道降塵水幕。為提高噴嘴的霧化效果，所有水幕均采用氣水霧化噴嘴，噴嘴沿頂板布置，噴霧范圍要求能覆蓋整個(gè)巷道。在噴嘴下風(fēng)側(cè)5m安裝全斷面紗網(wǎng)，一方面可以捕獲霧滴，防止較小霧滴隨風(fēng)流飄散太遠(yuǎn)而影響生產(chǎn)，另一方面濕潤(rùn)的紗網(wǎng)能再次捕獲風(fēng)流中的粉塵。

圖6　液壓支架捕塵網(wǎng)安裝示意

3降塵效果分析

使用上述防降塵技術(shù)措施后，對(duì)綜采工作面各工序粉塵濃度進(jìn)行了再次測(cè)定，如表1所示。通過(guò)對(duì)比改進(jìn)措施前后粉塵濃度可知：改進(jìn)粉塵控制措施后降塵效果顯著提升，全塵平均降塵率提高到75.5%，呼塵平均降塵率提高到63.8%。

表1　綜采工作面降塵效果對(duì)比

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)粉塵控制技術(shù)，大大降低了綜采工作面的粉塵濃度，有力地保障了井下工人的身心健康和安全生產(chǎn)，但還未達(dá)到國(guó)家規(guī)定要求，需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善相關(guān)技術(shù)措施。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)礦井粉塵防治管理，建立健全相關(guān)規(guī)章制度，正確使用和維護(hù)降塵設(shè)備設(shè)施，并且加強(qiáng)對(duì)職工的培訓(xùn)教育，提高職工的防塵安全意識(shí)，使其掌握粉塵控制的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)措施，從而全方位地做好綜采粉塵控制工作，營(yíng)造一個(gè)健康安全的井下工作環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王建民，趙波，郭寶哲.綜放工作面粉塵防治技術(shù)研究與應(yīng)用.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(S1)：51-53.

[2]石亮.礦山企業(yè)多種職業(yè)危害綜合評(píng)價(jià)方法研究.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013,41(6)：65-67.

[3]賈東.綜放工作面綜合防塵技術(shù)探析.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(S1)：68-69.

[4]薛緯.滾筒采煤機(jī)外噴霧I降塵技術(shù).煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(S1)：86-88.

[5]聶百勝，李祥春，楊濤，等.工作面采煤期間PM2.5粉塵的分布規(guī)律.煤炭學(xué)報(bào)，2013,38(1)：33-37.

[6]劉毅，蔣仲安，蔡衛(wèi)，等．綜采工作面粉塵運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(4)：351-353.

[7]牛偉，蔣仲安，王曉珍，等．綜放工作面粉塵濃度分布規(guī)律的數(shù)值模擬.中國(guó)礦業(yè)，2008，17(12)：77-79.

[8]王曉珍，蔣仲安，王善文，等．煤巷掘進(jìn)過(guò)程中粉塵濃度分布的數(shù)值模擬.煤炭學(xué)報(bào)，2007，32(4)：386-390.

[9]李進(jìn).綜采放頂煤工作面防塵現(xiàn)狀及發(fā)展.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，5(3):52-53.

[10]程燕，蔣仲安，陳仲秋.煤層注水中添加表面活性劑的研究.煤礦安全，2006，37(3)：9-12.

[11]王緒友.綜采放頂煤采煤工作面綜合防塵技術(shù)應(yīng)用.煤礦現(xiàn)代化，2007(1)：21.

[責(zé)任編輯：施紅霞]