杜儿坪矿62517综采面粉尘立体防治技术实践.pdf

2023年第3 期江西煤炭科技153杜儿坪矿6 2 517 综采面粉尘立体防治技术实践郝明（山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿，山西太原0 3 0 0 2 2）摘要：综采工作面采煤机司机处粉尘浓度高于其他作业地点。针对杜儿坪矿6 2 517 工作面不同尘源设计了煤层注水、采煤机尘源联动喷雾、液压支架架间喷雾、回风巷全断面水幕帘和转载点封闭喷雾治理措施，在采煤机司机处的全尘和呼尘浓度从12 19mg/m和6 54.4mg/m降低至8 6 mg/m和53.9mg/m，降尘率分别为92.9%和91.8%；在回风巷全断面水幕帘后5m处，全尘和呼尘浓度从952.4mg/m和53 7.5mg/m降低到52.7 mg/m和3 0.7 mg/m，降尘率分别为94.5%和94.3%。关键词：综采面；粉尘；防尘技术优化；防尘效果中图分类号：TD714+.4Practice of Three-dimensional Dust Prevention and Control Technology in 62517 Fully Mechanized Coal Face ofAbstract:The dust concentration at the drivers position of the fully mechanized mining face is higher than that at other operatinglocations.According to different dust sources,the paper designs the control measures of coal seam water injection,coal cutter dustsource linkage spray,spray between hydraulic supports,full section water curtain in return air lane and closed spray at transferpoints,whose results show that the total dust and exhaled dust concentrations at the coal mining machine drivers locationdecreases from 1 219 mg/m3 and 654.4 mg/m3 to 86 mg/m3 and 53.9 mg/m,with dust reduction rates of 92.9%and 91.8%,respectively,at 5 meters behind the full section water curtain in the return air tunnel,the total dust and exhaled dustconcentrations decreases from 952.4 mg/m3 and 537.5 mg/m to 52.7 mg/m and 30.7 mg/m,with dust reduction rates of 94.5%and 94.3%,respectively.Key words:fully mechanized coal face;dust;dustproof technology optimization;dustproof effect1采煤工作面概况杜儿坪煤矿隶属于山西焦煤集团有限责任公司，位于山西省太原市万柏林区。矿井为高瓦斯矿井，核定生产能力5.0 Mt/a，煤种为贫煤，煤层自燃倾向性等级为II类（不易自燃），煤尘有爆炸危险性。北五2#煤盘区6 2 517 工作面煤层平均厚5m，工作面平均倾角4，工作面走向长约7 0 0 m、倾向长约2 40 m，采用综合机械化一次采全高采煤工艺,采煤机每刀截割深度为0.8 m，工作面供风量为8 3 0 m/min。2工作面不同工序产尘分析采煤机滚筒割煤、液压支架移架、转载运输这三者是采煤工作面最主要的产尘源1-3 。经过对62517工作面的现场实测，采煤机司机处的逆风割煤条件下全尘和呼尘浓度分别为12 19mg/m和654.4mg/m,顺风割煤时采煤机司机处的粉尘浓文献标识码：ADuerping CollieryHao Ming(Duerping Colliery,Shanxi Coking Coal Group Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030022)度相对较低，全尘和呼尘浓度分别为8 2 5.3 mg/m3和3 7 8.4mg/m。液压支架操作工处和转载点处的粉尘浓度低于采煤机司机处。可以看出采煤机割煤的产尘强度在上述工序中最大，产尘量占采煤面产尘总量的6 0%。液压支架移架操作工处比转载点高，移架产尘占粉尘总量的3 0%。不同工序产尘强度监测结果如表1所示。因此，针对这些主要产尘工序需要设计专门的防尘措施予以治理。表1工作面不同工序产尘强度总粉尘浓度呼吸性粉尘浓度测尘位置/(mg/m)采煤机司机逆风割煤1 219.0采煤机司机顺风割煤825.3液压支架移架669.7转载点处503.33缤综合防尘技术措施及效果3.1综合防尘技术应用(1)煤层钻孔注水技术文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 153-0 3/(mg/m)654.4378.4263.8181.7154煤层注水是在开采前在煤层中施工钻孔，将高压水通过钻孔注入煤体，使煤体含水量增大，润湿煤层原生裂隙内存在的粉尘，同时还能够改变煤体的机械力学性质，降低煤体破碎时的粉尘产生量，从而从源头上降低煤层产生粉尘的能力4-5。煤层的原始含水量为1%2%，孔隙率为5%。采用工作面运输巷、回风巷双向深层钻孔开展煤层注水作业。根据工作面现场条件和煤层特征，确定的注水方案为：主要利用原有的瓦斯抽采钻孔为注水钻孔，同时根据现场需求增加新的注水钻孔，钻孔直径7 5mm、钻进位置距离底板1.6 m、孔间间距6 m、单个钻孔长度约7 5m，采用膨胀式封孔器封孔，封孔长度约10 m，注水压力为6MPa,单孔注水时间为5h、注水量为3 5m。直至煤层含水率增量大于1.5%时停止注水。(2)采煤机滚筒联动喷雾降尘采煤机自带内外喷雾装置，但长期使用中发现其效果不佳，主要是由于内喷雾喷头经常损坏、堵塞造成雾化效果差降尘效果不好；采煤机滚筒割煤过程中始终处于移动状态，往复时还会调整上下高度，外喷雾无法准确喷射至滚筒产尘区域，残余粉尘浓度较高6 。因此需要针对采煤机滚筒割煤产尘位置调整喷雾喷射源头，实现尘源一喷雾联动降尘。联动喷雾实施思路如图1所示。系统中包含控制箱、多个分控制器、光控接收和发射装置以及电动控制阀等。在采煤面布置多个滚筒降尘喷头，当采煤机移动到对应喷头处时，光控接收和发射装置获取到采煤机的位置信息，输出的信号传输至控制器中。主控制箱将信号处理后，煤矿井下位置信号通过通信线路传输到主箱。主控制箱接收到采煤机实时移动的位置信号后，根据预定义的喷雾点向子控制器发送雾滴喷射指令。控制器按照主控制箱发出的雾滴喷射指令打开阀门，当采煤机移动至产出该光控传感器的监测位置后，持续开启喷雾装置，延长喷雾时间，当采煤机远离该喷雾点后再停止喷射水雾。喷雾朝向滚筒、煤壁喷射，雾滴流高速运动时卷吸周围含尘气流，能够阻碍粉尘向人行道处扩散。根据采煤机割煤产生的粉尘浓度实时调整喷雾用水量，增加降尘效果。(3）支架架间喷雾降尘液压支架移架过程也会产生大量粉尘，粉尘主要从相邻两台支架的空隙中散落至人行道内。在支架顶部设置雾化喷头，根据液压支架移架工作过程实时调整喷雾开启和关闭，喷射的雾滴能江西煤炭科技够在两台支架之间形成覆盖人行道的水幕，喷嘴为平扇形，雾滴用水压力为6 MPa，扩散角度为90。降尘系统包含喷嘴固定支架、供水管路、喷雾自动控制装置等如图2 所示。127V电源77777777信号1主控箱工业信号2以太网控制器控制器电动光控电动光控球阀接收球阀接收出水管喷雾降尘图1买采煤机尘源治理协同控制技术思路喷雾架采煤机滚筒台图2 支架降尘技术(4)回风巷全断面水幕帘虽然采用的液压支架架间喷雾、采煤机滚筒降尘喷雾、煤层注水等多种防尘措施，但采煤机割煤强度大，煤壁经常有大范围落煤，大块煤体碎块掉落后在底板相互碰撞，破碎范围大、冲击能量强，会造成大范围扬尘。这种粉尘问题难以通过局部降尘介质的喷洒治理，因此，在回风巷安装全断面自动控制水幕帘进一步降尘。自动控制水幕帘有固定在巷道顶部的雾化喷头、红外控制系统、控制阀、粉尘浓度传感器等组成，它可以实时监测回风巷断面粉尘浓度，当浓度值超过限度后打开喷雾供水开关，开始喷射水幕如图3 所示。当红外控制系统监测到有人员通过时，暂时关闭喷雾供水开关，当行人远离后再打开继续喷射水雾。其喷雾喷嘴的孔径为2 mm，扩散角度为6 0，共安装有5个喷头。热释光控传感器2023年第3 期地面调控中心(工业电视，监控系统)控制器控制器电动光控电动光控球阀接球阀接收光控发射滚筒采煤机煤壁喷嘴、粉尘浓度传感器电磁阀D控制箱图3 全断面喷雾进水管路接12 7 V电源2023年第3 期(5)转载点喷雾降尘在转载点处安装封闭喷雾降尘装置。封闭罩的左右两端利用柔性幕布遮挡，跨越上下皮带，封闭罩中间位置布置4个扩散角度为3 0 的雾化喷嘴，喷嘴孔径为1.53.2防尘效果分析利用直读式测尘仪测定6 2 517 采煤面现场粉尘浓度，测点分别布置在采煤机司机处和回风巷全断面水幕帘后方5m处，测尘结果如表2 所示。除尘率按照公式(1)计算。M=100%C1式中:u为除尘率，%;c为未采取综合防尘措施时的粉尘浓度,mg/m;c,为采取综合防尘措施后的粉尘浓度,mg/m。表2 采取综合防尘措施前后各测尘点粉尘浓度综合防尘措施前综合防尘措施后测尘序号全尘浓度呼尘浓度全尘浓度呼尘浓度位置/(mg/m/(mg/m)/(mg/m)/(mg/m)11 258.3604.7采煤机司机处21.109.631 289.2700.2平均值1219.0654.4除尘率/%一1907.5回风巷水幕帘后5m23平均值952.4除尘率/%一1400.01200.0800.0600.0400.0200.00.0全尘1呼尘1全尘2 呼尘2图4工作面降尘效果比较根据现场测定结果可知，6 2 517 工作面产尘问题十分严重，全尘原始浓度最高为12 8 9.2 mg/m，远远超过国家标准规定。采取综合防尘措施后，残江西煤炭科技余粉尘浓度均有大幅降低如图4所示。采煤机司机处的全尘和呼尘浓度从原始的12 19mg/m和654.4mg/m降低到8 6 mg/m和53.9mg/m,降尘率分别为92.9%和91.8%。在回风巷水幕帘后5m处，全尘和除尘浓度从原始状态的952.4mg/m3和53 7.5mg/m分别降低到52.7 mg/m和3 0.7 mg/m，降尘率分别为9 4.5%和9 4.3%。粉尘治理效果显著，工作面能见度得到大幅提升，工人身心健康得到保障且工作效率普遍提高。4结语实测了6 2 517 综采工作面采煤机司机、液压(1)支架司机和转载点处的总粉尘和呼吸性粉尘浓度，采煤机司机处粉尘浓度最高。针对不同尘源点设计了煤层注水、采煤机尘源联动喷雾、液压支架架间喷雾、回风巷全断面水幕帘和转载点封闭喷雾综合防尘措施。在采煤机司机处的全尘和呼尘原始浓度为12 19mg/m和6 54.4mg/m经采煤机滚筒外喷雾治理后降低至8 6 mg/m和53.9mg/m，降尘率分别为92.9%和91.8%；在回风巷水幕帘79.551.9658.390.388.286.0一92.9534.750.4993.4558.3956.2519.6537.5一原始粉尘浓度残余粉尘浓度降尘率155.后5m处，全尘和呼尘原始浓度为952.4mg/m52.1和53 7.5mg/m,经过综合防尘技术治理后降低到57.852.7mg/m和3 0.7 mg/m,降尘率分别为94.5%53.9和94.3%。91.834.255.728.651.929.352.730.794.594.3100.090.080.070.060.0850.040.030.020.010.00.0参考文献：1杨胜强.粉尘防治理论及技术M.徐州：中国矿业大学出版社，2 0 0 7。2金龙哲，杨继星,欧盛南.润湿型化学抑尘剂的试验研究J.北京：安全与环境学报，2 0 0 7,7(6)：10 9-112.3刘毅,蒋仲安,蔡卫，等.综采工作面粉尘运动规律的数值模拟J.北京科技大学学报，2 0 0 7,2 94)：3 51-3 53.4傅贵，秦风华,陈学习，等.“三软”煤层综放工作面综合防尘技术试验研究J.北京：中国安全科学学报，1998,8(4):31-34.5武帅,杨胜强，王建波，等.高压气流引射喷雾降尘除尘技术应用研究J.北京：煤炭工程，2 0 12,44(4)：6 4-6 6.6陈芳,刘勇,马威，等.综放工作面动静压联合注水降尘技术研究.北京：煤炭科学技术，2 0 15,43(5)：6 7-7 0.作者简介：郝明（1991一），男，山西偏关人，2 0 18 年毕业于太原理工大学，助理工程师，现从事煤矿通风技术工作。收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 5编辑：彭呈喜