综采工作面通风除尘工艺优化应用.pdf

2023年第8期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-16作者简介：韩路（1989-），男（汉族），山西长治人，工程师，现从事煤矿通风安全管理工作。综采工作面通风除尘工艺优化应用韩路*（山西高河能源有限公司，山西 长治 046000）摘要：基于高河煤矿E1306工作面回采期间，传统喷雾降尘装置自动化水平低、降尘效果差以及降尘积水量大等技术难题，通过技术研究分析了工作面回采期间粉尘来源以及传统除尘工艺主要存在的不足，根据回采现状，对原喷雾降尘工艺进行优化，提出了泡沫除尘工艺，通过实际应用效果来看，工作面除尘工艺优化后平均粉尘浓度控制在24mg/m3以下，工作面能见度提高至50m以上，取得了显著应用成效。关键词：煤矿；综采工作面；通风除尘；泡沫抑尘；应用分析中图分类号：TD714 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)08-0162-031概述山西高河能源有限公司E1306工作面为东一盘区工作面，东边距矿井边界180m，东边、北边为未采区，西边为E1308上分层充填工作面未采区，南边为+450m水平东翼大巷。E1306工作面胶带顺槽全长1188m，回风顺槽全长1088m，上分层切眼长317m。工作面回采为3#煤层，赋存于二叠系山西组地层中，为泻湖相沉积。该工作面处于高河背斜西翼，煤层厚度稳定，根据1602#勘探钻孔及周边巷道资料，工作面煤厚6.77.1m，平均6.9m。全煤间夹有一层炭质泥岩夹矸，厚度0.100.35m，平均0.20m。煤厚倾角为 08，平均 2，煤层埋深 394.5422m，距9#煤层平均距离59.9m。煤层顶底板岩性如表1所示。表1E1306工作面回采的3#煤层顶底板岩性表顶底板名称老顶直接顶3#煤层直接底老 底岩性细砂岩砂质泥岩细砂岩砂质泥岩厚度(m)12.88.97.14.513.7普氏硬度f=4.6f=2.8f=0.7f=4.6f=3.50岩性特征灰色，厚层状，具波状层理，断口参差状，坚硬，产少量植物化石碎片黑灰色，厚层状，未充填的斜裂隙较发育，平坦状断口黑色，块状，以亮煤为主，暗煤次之，光亮型煤，参差状断口灰色，中厚层状，含少量白云母碎片，具波状层理未充填的斜裂隙，较发育，产少量植物化石碎片，夹泥岩条带黑灰色，厚层状，含铁质方解石充填的垂直裂隙发育平坦状断口，产少量植物化石碎片，坚硬工作面采用综合机械化回采工艺，采用 MG400/930-WD采煤机采煤，生产能力为830t/h，总装机功率930kW，采高范围2.04.0m，泵站电机功率20kW，牵引速度012.8m/min；采用ZC8500/22/40液压支架支护顶板，工作阻力为8500kN；初撑力为7752kN；支护强度为0.520.61MPa；支 撑 高 度 为 2.24.0m；采 高 范 围 为26003700mm，截止目前工作面已回采450m。2工作面粉尘来源及降尘显著2.1工作面粉尘来源工作面回采期间通过现场观察分析发现，工作面粉尘来源主要来自与以下四方面：（1）采煤产生粉尘：工作面主要采用采煤机经常破煤及装煤工序，回采时采煤机与煤体之间摩擦、撞击导致煤体破碎产生粉尘，并通过风流带入工作面内。同1622023年第8期西部探矿工程时采煤机在装煤时，会造成煤矸震动产生粉尘。（2）架间粉尘：工作面回采过程中产生的粉尘一部分在液压支架沉积，当工作面移架时，沉积在风流作用下产生扬尘；同时支架在移架时会造成上覆顶板出现蠕动变形，导致上覆顶板松散煤体掉落并产生粉尘。（3）煤壁粉尘：工作面采煤后部分松散煤体附着在煤壁上，在工作面风流作用下煤壁附着的浮尘产生扬尘进入工作面。（4）采空区粉尘：工作面回采后采空区顶板在垮落时产生震动以及大气压，造成采空区内粉尘进入工作面。2.2E1306工作面回采前期除尘现状（1）原除尘系统：E1306工作面回采前期主要采用喷雾降尘，工作面采煤机采用内外喷雾系统，其中内喷雾系统压力为2.5MPa，外喷雾系统压力为2.0MPa；同时在工作面机道处安装喷雾降尘装置，每隔50m安装一道，工作面内共计安装6道，喷雾降尘装置主要由高压喷头、喷头支架、高压胶管、阀门等部分组成，该装置安装在液压支架顶梁下方，高压胶管与工作面内静压水管路连接，每班安排专人开启。（2）降尘现状：E1306工作面回采前期通过现场监测粉尘浓度发现，工作面降尘后落煤点平均粉尘浓度高达143mg/m3，机道处平均粉尘浓度高达114mg/m3，工作面回采期间能见度不足15m，原除尘技术满足不了工作面回采要求。2.3除尘系统问题分析（1）除尘装置数量多：采用传统喷雾除尘装置工作面内安装数量多，且装置结构简单、自动化水平低，装置故障率高，增加了工作面设备成本费用；同时工作面回采期间需安排专人开启喷雾装置，增加了工作面劳动成本费用。（2）除尘效果差：传统喷雾装置主要采用增加装置对水压进行雾化，雾化后的水雾颗粒对粉尘颗粒进行包裹，从而实现降尘的目的，但是水雾颗粒体积小重量大且对粉尘吸附效果差，水雾颗粒无法有效实现降尘的目的，同时工作面风速为2.0m/s，风速大，水雾颗粒在风流作用下聚集性差，起不到预期降尘效果。（3）工作面积水量大：工作面采用喷雾降尘后，水雾颗粒无法被降解，造成工作面内积水量大，而且工作面内机电设备数量多，采用喷雾降尘后很容易造成设备故障以及设备失爆等。3工作面除尘工艺优化应用为了解决传统喷雾降尘系统主要存在的问题，提高工作面降尘效果，高河煤矿通过技术研究对传统除尘系统进行优化，采用泡沫除尘系统。3.1泡沫除尘技术原理采用泡沫除尘技术进行除尘时主要原理如下：泡沫覆盖粉尘源后能够形成无空隙的泡沫体，从而有效阻止扬尘扩散；泡沫体体积相对较大，采用泡沫除尘时增加了泡沫与粉尘颗粒碰撞机率；泡沫采用专用化学材料制成，具有很强的粘着力，同时表面张力相对较低，对粉尘排斥力小，具有很强的吸附能力，实现粉尘颗粒沉降作用；同时泡沫体内含水分子，泡沫降尘时先利用水分子对煤体进行湿润作用，煤体吸附水份后通过水分子之间的桥连作用，增加了粉尘颗粒附着强度，防止粉尘颗粒漂浮扩散。3.2泡沫除尘装置及发泡材料工作面采用的泡沫除尘装置共计四套，其中MG400/930-WD采煤机双滚筒上各安装一套滚筒泡沫除尘装置；工作面机道每隔120m安装一套架间喷雾除尘装置。（1）截割部泡沫除尘装置主要由箱体及泡沫生成设备、分配器、喷头架、旋转喷头、进风管、水管等部分组成，如图1所示。其中泡沫生产设备为核心配件，泡沫生产体在设备内通过水压作用下产生高浓度泡沫，然后利用风管实现泡沫流动、分配器分配，最终从旋转喷头喷出。（2）泡沫生成剂主要以十二烷基二甲基氧化胺为发泡剂的有机化学材料，主要成份由发泡剂、润湿剂以及稳泡剂等部分组成，配比为4 1 0.5，润湿剂主要以月桂酰胺丙基氧化胺为主成份，稳泡剂主要由聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺等成份组成。3.3实际应用效果分析为了验证泡沫除尘效果，采用粒子分离器分别对喷雾降尘期间以及泡沫除尘期间工作面内全尘浓度和呼吸性粉尘浓度，通过对比分析发现：采用喷雾除尘系统后工作面内全尘平均浓度为147mg/m3，呼吸性粉尘平均浓度为89mg/m3，工作面平均能见度为15.7m，而采用（下转第166页）图1泡沫除尘装置结构示意图1632023年第8期西部探矿工程当有偏载作用到球形垫片时，可以马上对其受力方向进行调节，可以防止损坏杆体2。3应用经过上面的分析得知：因为球形托盘的球形结构比较特殊，有比较特殊的结构，能够降低孔口位置的集中应力，还可以降低托盘外表边缘所产生的扭矩，进而使翘曲变形发生的几率降低。所以，可以将高强球形锚索托盘和球形垫片使用到该运输巷的支护，且球形垫片和高强球形锚索托盘是配套的。3.1支护方案的优化在该运输巷内，之前的方形托盘被高强球形托盘所取代。而且，顶部支护锚杆托盘用150mm150mm12mm规格取代之前的100mm100mm10mm的规格，锚索托盘用 200mm200mm15mm 规格取代之前的120mm120mm10mm 规格，帮部支护锚杆托盘用150mm 150mm 12mm 规 格 取 代 之 前 的 100mm 100mm10mm规格，锚索托盘用150mm150mm12mm规格取代之前的120mm120mm10mm规格。3.2应用效果的优化由于要对巷道支护用球形托盘来进行优化所具有的合理性进行验证，自锚杆（索）所具有的承载能力与球形托盘发生损坏的情况来检测巷道支护中使用高强球形托盘的效果。（1）在其顺槽中，会选取球形托盘来进行支护，在有200m距离的锚杆(索)托盘中，任意选5个，来对锚杆(索)托盘的损坏状况进行观察。通过现场调研的最终结果发现，在用球形托盘进行取代之后，在托盘内任意选取45个，在这45个中有脱离状况的托盘只有2个，并且这2个托盘没有发生变形，这也许有失误发生在操作中。计算得知，有4.4%的托盘发生了破坏，在优化之后，降低了损坏率。（2）由于要对球形托盘优化支护的效果进行验证，将球形托盘支护使用到 40302 运输巷，选择 10001800m 段来对试验锚杆(索)破坏性的拉拔，间隔是200m，在这200m中任意选择的托盘中，没有破坏的锚杆与锚索分别是3根、2根，可以使用LDZ-400型矿用锚杆拉拔仪来测试其锚固力。从测试的最终结果发现，锚杆锚固力都在80kN以上，且锚杆数量是12根，锚索锚固力都在260kN左右，且锚索数量是8根，使巷道支护强度方面的要求得以满足。4结束语（1）因为应力集中于方形托盘孔口位置，那么托盘四周边缘就会有翘曲变形发生。（2）与普通的方形托盘相对比，由于球形托盘有比较特殊的结构，那么使托盘四周边缘位置所产生的扭矩降低了，还将托盘四周边缘位置的翘曲变形降低了。（3）当优化选取高强球形托盘之后，可以降低托盘损坏的几率，提高了支护性能。参考文献：1张厚全.煤矿巷道掘进支护存在的问题及改进方案研究J.中国高新科技,2022(9):36-39.2金国辉,张斌.基于作业成本法的煤层巷道支护工程安全方案与成本研究J.能源技术与管理,2022,47(2):10-13.（上接第163页）泡沫除尘系统后实测工作面全尘平均浓度为24mg/m3，呼吸性粉尘平均浓度为4.8mg/m3，工作面平均能见度为52.4m；由此可见，采用泡沫除尘技术后相比传统喷雾除尘技术，该技术除尘效果好，能够满足工作面安全高效回采需求。4结束语高河煤矿对E1306工作面原通风除尘技术进行优化，采用泡沫除尘技术，通过实际应用效果来看，取得了显著应用成效：（1）与传统喷雾降尘系统相比，工作面内安装泡沫除尘装置数量减少，降低了除尘设备成本费用，而且该装置自动化水平高无需人工干预，降低了降尘劳动强度。（2）泡沫颗粒体积大、吸附能力强，能够实现对粉尘进行包裹并达到沉降作用，同时泡沫能够被煤岩体降解，对工作面作业环境影响小，具有较好的降尘效果。参考文献：1范云龙.综采工作面智能通风除尘系统的应用分析J.机械管理开发,2022(3):151-152.2李岗.综采工作面综合通风除尘技术优化分析J.煤矿机,2018(5):54-57.3牛永明.全岩综掘巷道除尘系统优化J.山东煤炭科技,2015(4):60-61.4孙月明.综采工作面泡沫复合除尘技术应用J.山东煤炭科,2019(12):43-44.5吕玉芝.综采工作面高效除尘技术研究与实践应用J.中国煤炭工业,2019(4):58-59.166