柳泉煤矿综合防尘方法的研究与实践

2011-10-13朱怀龙周计彬

采矿技术 2011年1期

关键词：水幕防尘降尘

朱怀龙,周计彬,高辉

(华润天能徐州煤电有限公司柳泉煤矿, 江苏徐州市 221136)

柳泉煤矿综合防尘方法的研究与实践

朱怀龙,周计彬,高辉

(华润天能徐州煤电有限公司柳泉煤矿, 江苏徐州市 221136)

实测分析了柳泉煤矿松软煤层条件下炮采炮掘工作面及转载点等产尘源的粉尘浓度,介绍了在主要产尘点采用煤层注水降尘、电控洒水喷雾装置降尘等综合防尘措施的使用效果,并对综合防尘措施实施前后的粉尘浓度进行了对比分析。结果表明,实施该综合措施后,各产尘点降尘率均为 80%～90%,取得了良好的技术效果,为类似矿井的综合防尘提供了借鉴。

煤井产尘源;综合防尘;煤层注水;防尘罩;电控洒水喷雾

近年来,随着煤矿井开采强度和机械化程度的不断提高,井下产尘点和产尘量也不断增加。尤其是在采掘工作面和各个运输转载点,由于破碎煤块在转运过程中相互碰撞及风流影响,粘附的细小微尘会逐渐变成浮游粉尘,在空气中不断扩散,浓度不断增加,形成危险源。有效降低粉尘浓度、杜绝煤尘事故,是煤矿安全生产的重要环节,对促进矿井安全生产、保证职工身体健康具有重大意义。华润天能徐州煤电有限公司柳泉煤矿在围绕综合防尘减尘工作上,依靠科技创新,加强技术攻关,完善管理制度,取得了显著效果。

1 矿井主要产尘源分析

柳泉煤矿主采煤层为 3煤,煤层松软,平均煤厚为 1.35 m,属低瓦斯矿井。煤层有自燃发火倾向,煤尘具有爆炸性,爆炸指数为 35.91%。矿井采用炮采炮掘技术。

1.1 炮采工作面产尘源

炮采工作面产尘源有打眼、爆破、装煤、运煤、回收支架等生产环节,其中爆破是最大的产尘点,其次是装煤、运煤、回收支架和打眼等工序所产生的粉尘。经现场实测,柳泉煤矿 3112炮采工作面主要产尘点平均粉尘浓度见表1。

1.2 炮掘工作面产尘源

掘进工作面产尘源有打眼、爆破、装煤、运输等工序。通过实测,柳泉煤矿 3302炮掘工作面在无任何防尘措施时,测得的主要产尘点平均粉尘浓度见表2。

1.3 转载点产尘源

皮带输送机和刮板输送机的转载点是运输系统的关键产尘点,煤与皮带一起做匀速运动,到达转载点时,煤做自由下落运动,由于存在一定的落差,煤在下落过程中受到空气阻力作用,使周围空气发生紊乱流动,造成小粉末飞扬起来,四处飘逸[1]。

表1 3112炮采工作面平均产尘浓度统计

表2 3302炮掘工作面平均产尘浓度统计

2 综合防尘措施

综合防尘措施主要有湿式打眼、爆破使用水炮泥、炮前炮后防尘洒水、冲洗煤帮、放炮自动喷雾、采煤工作面还要进行煤层注水、进回风道设置净化水幕等。在工作面回风巷采用自主设计并推广应用的全封闭扑尘网、转载点封闭式防尘罩等。

2.1 煤层注水降尘

柳泉煤矿在 3112工作面超前动压区进行双巷静压深孔注水试验,其超前压力的影响范围为 50～60 m,所以选择超前工作面 40～50 m范围的动压区注水。选择顶底板完整处在煤壁距离底板 500～600 mm的位置,垂直煤壁施工 1排间距 10 m的钻孔,利用 40钻机打孔,注水孔直径为 50 mm。采用MZF-40-15型封孔器封孔,封孔深度超过煤壁边缘煤体的卸压带宽度,确定为距孔口 3 m。钻孔为双巷对错布置,与顶板平行,深度为 30 m。工作面使用Φ10 mm液压胶管,并在注水孔附近外接截止阀,注水时间为 10 d左右,注水压力为 4～5MPa,单孔注水时吨煤注水量可达 0.02 m3[2]。

2.2 转载点封闭式自动喷雾降尘

转载点是产生粉尘的一个连续点源,产尘量大、浓度高,是井下粉尘治理不可忽视的一个重要环节[3]。柳泉煤矿通过研究自制了转载点防尘罩自动喷雾洒水装置(见图1)。防尘罩可将皮带机的转载区域全部罩住,在防尘罩的顶部预留一孔作进水管,罩内安装自动喷雾洒水装置,喷头为 5孔喷头。当皮带机运转出煤时,输送机上的物体呈抛物线状射出,推动冲击杆,打开注液枪阀门,喷雾头对飞扬的煤尘进行喷雾洒水,水雾与粉尘颗粒相互碰撞,同时还在防尘罩内产生一个局部旋涡,增加雾粒与尘粒的碰撞速度和概率,直到尘粒粘结成较大的尘团沉降下来。该装置既简化了防尘程序及除尘措施,又可把粉尘控制在小范围内,防止粉尘的进一步扩散,因此降尘效率特别好。当输送机停止运转时,冲击杆靠自重下落,关闭阀门,停止喷雾洒水[4]。

图1 转载点防尘罩自动喷雾装置

2.3 风水联动装置

风水联动装置是掘进工作面局部通风和防尘水幕联合作用的装置,结构如图2所示,即在掘进工作面迎头第 1节与第 2节风带之间连接一硬质风筒,硬质风筒距迎头一般不大于 20 m,其长度为 800～1000 mm,直径与胶质风筒相同 (Φ500 mm),硬质风筒上部留有一孔,可将防尘水管接入硬质风筒内,风筒内安装水幕,2个高压单喷头,喷嘴直径为 1 mm,喷嘴雾化效果好。当掘进工作面放炮或出煤时,打开阀门,开始喷雾。水雾与风筒内风流混合,形成雾风进入工作面,从而大大降低了迎头的粉尘浓度。

图2 风水联动装置

柳泉煤矿在掘进工作面使用风水联动装置的情况表明,风筒内的风水混合后形成的雾风流能够使掘进工作面巷道内的空气始终保持湿润状态,大大减少了浮游粉尘的二次飞扬,且巷道内无积水现象,效果明显。

2.4 声控自动喷雾降尘

声控自动喷雾降尘装置主要由声控传感器(KPZ—S型 )、控制箱 (KPZ—127Z型 )、遥控器(KPZ—Y型 )、防爆电磁阀 (DFB10/127型 )、高压软管和净化水幕组成。当工作面爆破时,声控传感器将接收的信息传输给控制箱,控制箱进行判断并发出信号控制电磁阀的开闭,从而控制水幕进行喷雾。1次喷雾时间根据水幕距迎头距离和放炮后炮烟及粉尘经过水幕的时间而定,水幕安装位置距迎头按规定不超过 30 m,根据掘进工作面最低风速标准 (煤巷 0.25 m/s、岩巷 0.15 m/s)计算,1次喷雾时间约定为 4～5 min。

声控自动喷雾降尘装置在爆破时能自动打开,与爆破同步进行喷雾作业,且操作简单,不受人员的限制,效果较好。

2.5 爆破自动喷雾降尘

爆破自动喷雾装置是根据爆破产生的冲击波冲到扇形挡板后打开阀门而实现自动喷雾。其设计是用 1 mm厚的铁皮和Φ10 mm的圆钢加工成长 ×宽 ×高为 30 mm ×25 mm ×20 mm的铁盒子,内部安装截止阀,铁盒上部安装一扇形挡板,挡板与阀把之间用直径为 10 mm的圆钢焊接起来,截止阀与防尘管路和水幕分别用高压软管连接,如图3所示。放炮时,冲击波冲倒挡板,打开阀门,实现水幕自动喷雾。

此方法的优点是适应范围广,无防爆问题,便于安装维修,且造价低廉。

图3 爆破自动喷雾装置

2.6 定时自动喷雾降尘

在主要进回风大巷、采区上下山等巷道安设KPZ—G型光控定时自动喷雾装置,以消除悬浮粉尘、净化风流。光控定时自动喷雾降尘系统主要由控制箱、防爆电磁阀、光控传感器和喷雾装置 4部分组成,能按 24 h时间制式任意设置 5个时段打开和关闭洒水的时间,当有人通过正在或即将洒水喷雾的地点时,能自动停止或延时洒水,从而实现无人情况下巷道内自动喷雾降尘的功能,装置内部装有充电电池,不受停电影响[5]。

2.7 隔爆自动加水降尘

隔爆自动加水装置组成主要由传感器、电磁阀、控制主机、镀锌钢管、喷雾头和液压软管连接组成。在每个隔爆水槽上方敷设镀锌钢管 1根,安装喷雾头 1个,其方向对着水槽内部。当水槽水量符合标准时,各系统处于正常状态;当水槽水量下降时,系统会自动供水,直至水量达到标准,确保了隔爆设施经常处于有效状态。

2.8 电控洒水喷雾装置

柳泉煤矿自行研制了 1种电控洒水喷雾装置,无需人工洒水降尘,也不用投入很复杂的设备,就可以在不影响生产的情况下完成洒水降尘工作。主要方法是在防尘供水管路上每隔 30 m设置 1个出水阀门,在出水阀门上接 1个 DFB10/127电磁阀,再利用高压胶管将电磁阀和喷雾装置连接起来。喷雾装置的制作即用内径为 15.5 mm的钢管弯成弓型状,并与巷道的顶部相吻合。在钢管的各个方向设有多个喷头。喷雾时间应根据巷道的实际情况而定,一般设为 5～8 min。并用 1根 2.5 mm电缆将所有电磁阀并联在一起,控制电源为 127 V电源,控制开关可放在斜巷上车场信号硐室内,在斜巷提升的同时也可进行喷雾降尘,只需几分钟就可完成降尘工作。当上车场的开关合闸时,每个电磁阀均被打开,各个喷雾点自动喷雾,利用风速就可以起到全巷降尘的作用。

2.9 综合防尘效果

分别在炮采和炮掘 2个工作面采用了防尘治尘措施,经实测,主要产尘工作面产尘浓度统计结果见表3。由表3可知,工作面各生产工序的全尘量和呼尘量大幅度减小,综合降尘率平均超过 80%,最大降尘率为 94.1%。