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小纪汗煤矿11217 大采高工作面综合降尘技术研究及应用
2019-02-21
针对小纪汗煤矿217 大采高综采工作面生产过程中的粉尘污染问题,在深入分析其 产尘特点的基础上,提出“先抑、后控、再降” 的粉尘治理思路,决定在该工作面采用尘源跟踪喷雾 控尘系统+采煤机引射控降尘+摇臂高压喷雾降尘相结合的控降尘技术,并根据支架在降柱移架期 间产尘量大的特点,设计了支架架间水力引射除尘装置。采取上述降尘措施后,工作面正常生产时 的总粉尘和呼吸性粉尘浓度分别降低90%和86%以上,取得了显著的降尘效果。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 小纪汗煤矿 11217 大采高工作面综合降尘技术 研究及应用 1 陈加更 ꢀ 杨ꢀ 桐 2 ( 1. 陕西华电榆横煤电有限责任公司;2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 针对小纪汗煤矿 217 大采高综采工作面生产过程中的粉尘污染问题,在深入分析其 产尘特点的基础上,提出“先抑、后控、再降”的粉尘治理思路,决定在该工作面采用尘源跟踪喷雾 控尘系统+采煤机引射控降尘+摇臂高压喷雾降尘相结合的控降尘技术,并根据支架在降柱移架期 间产尘量大的特点,设计了支架架间水力引射除尘装置。 采取上述降尘措施后,工作面正常生产时 的总粉尘和呼吸性粉尘浓度分别降低 90% 和 86% 以上,取得了显著的降尘效果。 关键词ꢀ 大采高ꢀ 综采工作面ꢀ 移架产尘ꢀ 综合控降尘ꢀ 支架水力引射除尘 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 054 Research and Application of Comprehensive Dust-settling Technology in 11217 Large Mining Height Fully-mechanized Face in Xiaojihan Coal Mine 1 Chen Jiageng ꢀ Yang Tong 2 ( 1. Shaanxi Huadian Yumei Electricity Co. ,Ltd. ;2. Chongqing Research Institute Co. ,Ltd. ,China Coal Technology and Engineering Group ) Abstractꢀ In view of Xiaojihan Coal Mine 217 large mining height are broken problem of dust pollu- tion in the production process of fully mechanized working face, on the basis of analyzing the characteris- tics of producing dust, put forward " after suppression, control, and then drop" dust control train of thought, decided in the working face tracking spray dust control system using dust source + rocker arm high pressure spray coal tractor shot charged dust dust, the dust control technique of combining and ac- cording to the stent during the down move frame column producing dust the characteristics of large amount of design of the support frame hydraulic ejector between dust removal device. After the above dust remov- al measures were taken, the total dust concentration and respirable dust concentration of the working face during normal production were reduced by 90% and more than 86% respectively, and significant dust re- moval effect was achieved. Keywordsꢀ Large mining height, Fully-mechanized face, Dust production of advancing support, Comprehensively-dust suppression,Dedusting of spray ejector on hydraulic support ꢀ ꢀ 综采工作面是煤矿井下生产过程中产尘量最大 面的粉尘问题,对大采高工作面的产尘特点展开深 入研究,并采用多种控降尘技术对工作面的粉尘进 行了综合治理。 [ 1-2] 的作业地点 。 近年来随着大采高综采工作面的 逐渐普遍,其超大的产尘强度正严重威胁着矿井安 全生产和作业人员的身心健康。 1ꢀ 综采工作面概况及产尘特点 本研究针对小纪汗煤矿 11217 大采高综采工作 1. 1ꢀ 综采工作面概况 # 小纪汗煤矿 11217 综采工作面属于 2 煤层,煤 质含水率在 6. 15% ~ 7. 14% ,煤层硬度系数 f=3,属 稳定型煤层。 工作面煤层厚度 3. 64 ~ 6. 02 m,平均 ꢀ ꢀ 陈加更(1987—),男,工程师,719000 陕西省榆林市榆阳区东沙 银沙福苑 4 号。 2 20 ꢀ ꢀ 陈加更ꢀ 杨ꢀ 桐:小纪汗煤矿 11217 大采高工作面综合降尘技术研究及应用ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 煤厚 4. 56 m,采用一次采全高走向长壁后退式综合 机械化采煤法,全部垮落法管理顶板,采高设计 4. 5 6 m,日均进尺 11. 2 m,生产强度很大。 工作面配 3 风量 1 320 m / min,平均风速约为 1 m/ s。 工作面现 有防尘措施有:进回风巷间隔 50 m 设有三通阀门; 采煤机内喷雾无法正常使用,外喷雾降尘效果不好。 1 . 2ꢀ 工作面产尘特点 根据现场调研,11217 综采工作面的产尘特点 主要有: ( 1)进风流中存在粉尘污染。 进风巷中转载点 图 1ꢀ 采煤机尘源智能跟踪高效喷雾抑尘系统安装布置 及破碎机工作产生大量的粉尘,被进风风流带入工 程远、抗风性能好的 G 型高压喷嘴。 采煤机上下风 [ 3] 作面 ,使得工作面未生产时的粉尘浓度便有 45 3 mg / m 左右。 [14-15] 侧各布置 3 组喷雾 ,在 6 ~ 8 MPa 喷雾压力条 件下,喷雾流量<65 L/ min,喷雾有效射程达到 4. 5 m,能够覆盖滚筒产尘源。 ( 2)采煤机割煤产尘能力强。 由于生产强度 大,采煤机下风侧 5 m 处的粉尘浓度高达 2 000 2 . 1. 2ꢀ 采煤机上风侧喷雾控降尘装置 3 ~ 3 000 mg / m 。 上风侧滚筒产生的粉尘被采煤机 根据“后控尘”的治理思路,针对采煤机上风侧 [ 4] 机身阻挡,随风流迅速扩散至整个工作面 。 滚筒割煤过程中已经产生的粉尘,结合工作面采煤 机行走部上风侧端头的特点,设计了上风侧喷雾控 降尘装置,通过喷雾的引射卷吸作用,有效控制上风 侧滚筒割煤产生的粉尘沿煤壁侧运移,避免其向人 ( 3)工作面支架降柱移架产尘。 据现场调查, 3 移架时尘源处的局部粉尘浓度高达 2 000 mg / m 以 上。 2 ꢀ 粉尘综合防治技术 [7] 行道一侧扩散,并能通过喷雾沉降部分粉尘 。 装 国内外防尘实践经验表明,防治粉尘最有效的 置的工作原理及安装如图 2 所示。 办法 就 是 在 尘 源 处 采 取 措 施, 最 大 限 度 抑 制 产 [ 5-9] 尘 。 11217 大采高工作面的产尘及粉尘运移特 点总体表现为产尘点多、产尘强度大、对人员作业区 域影响程度大等。 针对以上特点,研究提出“先抑、 后控、再降”的综合治理思路,采取多种控降尘技术 [ 10-13] 对工作面的各产尘源进行综合治理 . 1ꢀ 采煤机割煤粉尘治理 针对采煤机割煤产尘特点,根据现有防尘技术, 。 2 图 2ꢀ 采煤机上风侧喷雾控降尘装置安装布置及效果 根据喷雾布置方式及顺风喷雾引射要求,通过 实验室测试, 确定选用喷雾引射风量大、 有效射 程>2 m、抗风性能好的 SD312 型高压喷嘴;此外,为 取得最佳的控降尘效果,喷雾压力取 6 ~ 8 MPa,喷 雾引射方向与底板和煤壁成 30°角。 SD312 型喷嘴 雾化参数见表 1。 研究采用采煤机尘源智能跟踪高效喷雾抑尘系统、 采煤机上风侧喷雾控降尘装置、机载式喷雾引射除 尘器、机身喷雾装置和下风侧高压组合喷雾装置等 技术措施,对采煤机割煤产尘进行综合治理。 2 . 1. 1ꢀ 采煤机尘源智能跟踪高效喷雾抑尘系统 根据“先抑尘”的治理思路,首先采用尘源智能 跟踪高效喷雾抑尘系统,在支架顶梁上布置前端及 中端两路喷雾,利用传感器实时探测跟踪采煤机运 行位置并自动喷雾,以密实水雾覆盖滚筒(尘源), 形成“水包煤”的效果,快速润湿割煤时破碎垮落的 煤体,抑制粉尘的产生,如图 1 所示。 表 1ꢀ SD312 喷嘴参数 喷嘴 喷雾压力 喷雾角度 引射风量 有效射程 喷雾流量 型号 / MPa / (°) / (L/ min) / m / (L/ min) SD312 6 ~ 8 30 29 ~ 33. 2 >2. 5 15. 3 ~ 17. 8 2. 1. 3ꢀ 机载式喷雾引射除尘器 根据采煤机割煤产尘范围、喷雾布置方式及喷 雾抑尘要求,通过实验室测试,确定选用喷雾有效射 机载式喷雾引射除尘器布置在采煤机面挡煤板 下方空间,通过喷雾引射作用,吸收并净化绕过采煤 机上风侧喷雾控降尘装置,扩散至采煤机与支架立 2 21 总第 597 期 现代矿业 如图 3 所示。 2019 年 1 月第 1 期 柱间的粉尘。 机载式喷雾引射除尘器安装布置位置 图 3ꢀ 机载式喷雾引射除尘器安装布置 ꢀ ꢀ 根据喷雾引射要求,机载式喷雾引射除尘器内 根据喷雾布置方式及喷雾降尘要求,选用 PZ 型高压喷嘴,喷雾压力取 6 ~ 8 MPa,喷雾流量<25 L/ min。 设 3 个 SD312 型高压喷嘴,在 6 ~ 8 MPa 喷雾压力 条件下,喷雾流量 45. 9 ~ 53. 4 L/ min,引射风量达到 3 7 ~ 99. 6 m / min。 8 2. 2ꢀ 移架产尘治理 2 . 1. 4ꢀ 机身喷雾装置 移架产尘也是综采面的主要尘源之一,其产尘 特点是阵发性产尘,短时间内局部粉尘浓度大,对人 员作业区域影响大。 针对移架产尘,研究采用支架 水力引射降尘装置,安装固定于液压支架人行道上 方顶梁侧护板上,利用喷雾引射的负压作用,高效吸 捕并净化移架时产生的呼吸性粉尘和其他小煤矸颗 粒。 支架水力引射降尘装置安装布置位置如图 6 所 示。 高效喷雾降尘,即高效净化控制在煤壁侧的粉 尘。 采用安装于采煤机面挡煤板上方的机身喷雾装 置,布置一排 6 个喷嘴,顺风 45°进行喷雾,高效沉 降煤壁侧的粉尘。 机身喷雾装置安装布置位置如图 4 所示。 图 4ꢀ 机身喷雾控降尘装置安装布置 ꢀ ꢀ 根据喷雾布置方式及喷雾降尘要求,通过实验 室测试,确定选用喷雾流量适中、有效射程远、雾流 覆盖范围大、抗风性能好的 PZ 型高压喷嘴,喷雾压 力取 6 ~ 8 MPa,喷雾流量<50 L/ min。 喷嘴雾化参 数见表 1。 图 6ꢀ 支架水力引射降尘装置安装布置示意 根据喷雾引射要求,支架水力引射降尘装置内 设 1 个喷嘴,选用喷雾引射风量大的 SD312 型高压 2 . 1. 5ꢀ 采煤机下风侧高压组合喷雾装置 喷嘴, 喷 雾 压 力 取 6 ~ 8 MPa, 引 射 风 量 达 到 29 3 下风侧高压组合喷雾装置固定于采煤机破碎滚 ~ 33. 2 m / min。 筒摇臂侧边,布置 3 个喷嘴,以密实水雾覆盖下风侧 滚筒和下方刮板输送机区域,高效抑制及沉降下风 侧滚筒割煤产尘,以及破碎滚筒扫煤产尘。 下风侧 高压组合喷雾装置安装布置位置如图 5 所示。 2 . 3ꢀ 进风巷尘源点粉尘治理 进风巷主要的尘源有转载点、破碎机等设备,根 据现有防尘技术,在转载点、破碎机处采用触控自动 喷雾装置,通过喷雾有效抑制落煤冲击产尘和抛物 扬尘;在进风巷距工作面 50 m 处、进风巷中部、进风 巷口各安设一道全断面喷雾,用于净化进风巷风流 中粉尘,全断面喷雾采用定时光控自动喷雾装置进 行控制。 如图 7 所示。 根据皮带或转载机、进风巷的宽度及雾化角等 因素,确定选用喷雾流量适中、有效射程远、雾流覆 图 5ꢀ 下风侧高压组合喷雾装置安装布置及效果 2 22 ꢀ ꢀ 陈加更ꢀ 杨ꢀ 桐:小纪汗煤矿 11217 大采高工作面综合降尘技术研究及应用ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 作面作业产尘。 ( 3)针对移架产尘特点设计的支架水力引射降 尘装置,选用 SD312 型高压喷嘴,在 6 ~ 8 MPa 喷雾 3 压力条件下,引射风量达到 29 ~ 33. 2 m / min,使移 架作业点处的粉尘浓度降低 90. 8% ,降尘效果明 显。 ( 4)针对小纪汗煤矿 11217 大采高综采工作面 图 7ꢀ 触控自动喷雾和定时光控自动喷雾安装布置 作业产尘,综合采用采煤机尘源跟踪喷雾抑尘、喷雾 引射控降尘、高效喷雾降尘、支架水力引射除尘等多 种除尘技术进行治理,使采煤机司机和回风巷内距 工作面端头 10 m 处的粉尘浓度分别降低 92. 8% 和 盖范围大、抗风性能好的 PZ 型高压喷嘴。 转载点 喷雾 每 道 布 置 2 个 喷 嘴, 喷 雾 流 量 控 制 在 10 ~ 20 L/ min,喷雾高度可根据现场实际情况进行调 节;巷道全断面喷雾每道布置 5 个喷嘴,喷雾流量为 0 ~ 50 L/ min,喷雾方向迎风斜向下 45°。 9 0. 7% ,取得了较好的降尘效果,改善了工作面作业 4 环境。 3 ꢀ 应用效果考察 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 采用上述综合控降尘技术措施后,采用滤膜质 [ 8] 量法 对系统使用前后工作面的总粉尘浓度及呼 [1]ꢀ 孟ꢀ 君. 综采工作面气水喷雾粉尘防治技术及管理研究[D]. 北京:中国矿业大学(北京),2013. 吸性粉尘浓度进行测试,结果见表 2。 综合高效控 [ 2]ꢀ 单占会. 大采高综采工作面的煤尘防治[J]. 矿业安全与环保, 001(2):39-40. 降尘措施实施效果如图 8 所示。 2 表 2ꢀ 综合高效控降尘措施实施后的降尘效果 [ 3]ꢀ 孙艳玲,刘烟台,王德江. 煤矿采掘引起粉尘污染与防治[ J]. 辽宁工程技术大学学报,2002,21(4):520-522. 3 浓度/ (mg/ m ) 降尘效率 采样位置 粉尘类别 / % 使用前 使用后 [4]ꢀ 徐厚学,施国华,郑彦奎. 综采面采煤机割煤粉尘分布特性及 防治技术[J]. 煤矿安全,2013,44(3):75-77. 总尘 呼吸尘 总尘 304. 3 95. 8 166. 2 76. 8 93. 2 56. 4 21. 8 11. 8 15. 3 10. 6 8. 7 92. 8 87. 7 90. 8 86. 2 90. 7 86. 9 采煤机司机处 移架作业地点 [5]ꢀ 杨胜强,倪文耀,程庆迎,等. 粉尘防治理论与技术[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社,2007. 呼吸尘 总尘 [6]ꢀ 郑ꢀ 磊. 综采工作面高压喷雾降尘技术参数确定方法[J]. 煤 炭科学技术,2014,42(11):55-58. 回风巷内距工作 面端头 10 m 处 呼吸尘 7. 4 [ [ [ [ [ [ [ 7]ꢀ 刘ꢀ 勇,张设计,吴国友,等. 采煤机含尘气流控制及喷雾降尘 技术的研究与应用[J]. 矿业安全与环保,2011,38(4):15-17. 8]ꢀ 马ꢀ 威,刘ꢀ 勇. 阳煤集团一矿高风速采煤工作面粉尘综合治 理[J]. 煤炭工程,2015,47(5):76-78. 9] ꢀ 聂ꢀ 文,刘阳昊,程卫民,等. 综采面架间喷雾引射除尘技术 [ J]. 中南大学学报(自然科学版),2015(11):1089-1093. 10]ꢀ 周ꢀ 刚,程卫民,聂ꢀ 文,等. 高压喷雾射流雾化及水雾捕尘 机理的拓展理论分析[J]. 重庆大学学报,2012(3):72-75. 11]ꢀ 程卫民,聂ꢀ 文,周ꢀ 刚,等. 煤矿高压喷雾雾化粒度的降尘 性能研究[J]. 中国矿业大学学报,2011(2):213-216. 12]ꢀ 谢耀社,姜学云. 负压降尘技术及其应用[J]. 中国矿业大学 学报,2013(5):487-489. 图 8ꢀ 综合高效控降尘措施实施效果 4 ꢀ 结ꢀ 论 ( 1)大采高工作面的产尘及粉尘运移特点总体 表现为产尘点多、产尘强度大、对人员作业区域影响 程度不同等,其中人员作业区域 70% ~ 80% 的粉尘 污染来源于移架产尘,只有 20% ~ 30% 来源于采煤 机割煤产尘。 13]ꢀ 周ꢀ 刚. 综放工作面喷雾降尘理论及工艺技术研究[ D]. 淄 博:山东科技大学,2009. [14]ꢀ 李高峰. 综采工作面高效喷雾降尘技术研究[D]. 西安:西安 科技大学,2010. [ 15]ꢀ 刘ꢀ 勇,张设计,吴国友,等. 采煤机含尘气流控制及喷雾降 尘技术的研究与应用[J]. 矿业安全与环保,2011(4):87-91. ( 2)根据国内外防尘实践经验,针对大采高综 采工作面的产尘特点,采用“先抑、后控、再降”的治 理思路,综合采取多种控降尘技术,能够有效防治工 ( 收稿日期 2018-06-22ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 2 23
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