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沙梁煤矿综采工作面粉尘综合防治技术研究

2024-11-04 84 上传者：管理员

摘要：针对沙梁煤矿144205工作面截割产尘量大、粉尘扩散并严重污染人员作业区域的问题，根据粉尘产生及运移特点，提出采煤机外喷雾系统+控降尘系统+机载除尘器的综合治理措施；针对回风巷粉尘已均匀扩散、严重影响视线的问题，提出了分段分流净化系统。应用结果表明，采煤机截煤产尘向行人侧的扩散得到了有效控制，工作面和回风巷作业环境得到了明显改善。

关键词：
分段分流净化系统
夹矸煤层综采工作面
控降尘系统
机载除尘器
采煤机外喷雾
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夹矸煤层在生产时产尘量很大，并且随着我国煤矿采掘机械化水平的提高，煤矿粉尘污染也日趋严重。据现场实测，夹矸煤层综采工作面在不采取防尘措施时，粉尘浓度达到4 000 mg/m3以上，远超国家相关标准，严重污染了作业环境，危害煤矿工人的健康。当前针对夹矸煤层综采工作面粉尘防治技术有诸多研究成果，但大部分研究只考虑了采煤机截煤尘源的综合治理，对回风巷仅采取断面喷雾措施，治理效果有限。本文在已有研究成果的基础上，以沙梁煤矿144205综采工作面为研究对象，提出了一种综采工作面粉尘综合防治技术，从采煤机截煤产尘到回风巷粉尘集中处理提出了较为系统的治理措施，可为夹矸煤层综采工作面的粉尘治理提供参考依据。

1、综采工作面概况

沙梁煤矿144205综采工作面煤层厚度1.85～2.75 m，平均厚度2.40 m；煤层含有1层或2层夹矸，夹矸厚度约为1.0 m。采用MG500/1170-AWD双滚筒采煤机双向截煤。144205综采面回风巷断面为矩形，净尺寸为5.5 m×2.7 m，主要担负工作面回风及辅助运输任务。在不采取防尘措施时，采煤机司机处粉尘浓度可达910 mg/m3，回风巷距工作面10 m处的粉尘浓度可达167 mg/m3，严重影响现场工作人员的职业健康，同时回风高浓度粉尘也会对主通风机的叶片产生侵蚀。

2、综采工作面综合控降尘技术思路

144205工作面主要产尘原因是采煤机截煤时滚筒挤压煤（岩）体与片帮垮落。由于煤层含矸量大，采煤机截煤产尘严重。当上风侧新鲜风流靠近尘源点时，会带动着粉尘颗粒一起移动形成含尘气流；含尘气流遇到采煤机机身时，由于采煤机机身的阻挡，风流产生绕流进入人行道侧，此时含尘气流会随风扩散到人行道，沿着人行道运移并逐渐扩散，严重污染工作面人员作业区域。当含尘气流到达回风巷后，粉尘会均匀扩散至整个回风巷，严重影响了回风巷工作人员的视线，工作人员在此环境中工作极不安全。

针对144205工作面产尘及运移特点，提出综采工作面粉尘协同治理的综合措施。针对采煤机截煤产尘，采用抑尘、控尘、降（除）尘的治理思路。采煤机综合控降尘技术原理如图1所示。采用高效抑尘喷雾快速湿润滚筒截煤和片帮垮落产生的破碎煤（岩）体，增加其表面水分含量，从源头抑制粉尘的产生，降低采煤机截煤产尘量。针对已经随上风侧新鲜风流扩散的浮游粉尘，采用采煤机含尘气流控降尘喷雾，通过喷雾引射作用引导浮游粉尘沿煤壁侧、采煤机机身上方空间运移；再采用采煤机机载除尘器对沿煤壁侧、采煤机机身上方空间运移的高浓度粉尘进行高效捕集和沉降，最大限度减少浮游粉尘浓度。针对回风巷已经完全扩散的浮游粉尘，采用2台除尘器对工作面回风进行净化。回风巷断面大、风速高，为了充分净化回风巷污风，在除尘器进风口断面上布置捕尘网，并增加断面喷雾，与除尘器协同作用，对回风巷的粉尘进行集中净化处理。

图1 采煤机综合控降尘技术原理图

3、综采工作面综合控降尘关键技术

(1）采煤机外喷雾系统

合理的采煤机外喷雾能够有效、快速覆盖滚筒尘源及片帮垮落尘源，是降低采煤机截煤产尘的有效措施。针对144205综采工作面生产实际情况，通过对采煤机调研，在采煤机截割电机外壳端头布置采煤机外喷雾块，并对采煤机滚筒的尺寸进行了测量，建立采煤机三维模型，根据外喷雾块的安装位置、各喷嘴需要覆盖采煤机滚筒范围及工作面的供水条件等，选取KSZ-6.8-92R型锥形雾化喷嘴，对各喷嘴设计了不同的喷雾角度，达到喷雾包裹滚筒的目的。同时，在喷雾块底部采用KZT.3-5W-93R型广角锥形雾化喷嘴覆盖刮板输送机，降低了采煤机截煤产尘及刮板输送机产尘。采煤机外喷雾系统如图2所示。

图2 采煤机外喷雾系统示意图

(2）采煤机控降尘系统

由于沙梁煤矿煤层夹矸量大，单独靠外喷雾系统进行降尘效果并不理想，仍有大量粉尘逃逸至人行道。根据现场调研情况，综采工作面风流在遇到采煤机时，会绕过机身进入人行道，导致生产期间采煤机上风侧粉尘跟随风流逃逸至人行道侧。针对现场采煤机截煤过程特别是逆风截煤过程中煤岩垮落冲击产生的浮游粉尘，利用挡尘帘和喷雾形成的密集雾流在采煤机上风滚筒区域形成一道物理屏障，人为地将煤壁侧和人行侧分隔开来，并将拦截于摇臂根部和挡尘帘狭小空间内的粉尘利用控降尘装置上部布置的顺风引射喷雾引导含尘气流沿煤壁一侧运移，避免其向人行道一侧扩散，从而减少对人员作业区域的污染。采煤机控降尘系统如图3所示。根据工作面的供水条件及采煤机与顶板的距离等，选取PZ喷嘴作为引射喷雾用喷嘴，共布置6个。喷嘴轴线与机身水平面的夹角为15°，与煤壁的夹角为顺风向20°。

图3 采煤机控降尘系统示意图

(3）机载除尘器

经过采煤机控降尘系统处理之后，有效减少了进入人行道中的含尘气流，在煤壁侧、采煤机机身上方区域形成高浓度粉尘区。为了对这部分粉尘进行集中净化处理，设计了机载除尘器。机载除尘器由3个引射喷筒及外壳组成，引射喷筒进口中心安装喷嘴；喷嘴喷雾时引射喷筒前方空气被雾流不断推出去，后方形成真空，从而在进口形成负压，将沿煤壁侧、采煤机机身上方空间运移的含尘气流吸入引射喷筒内，粉尘在喷筒内与雾流凝并、沉降；出口朝煤壁方向，雾流进一步将沿煤壁侧运移、未进入机载除尘器的粉尘沉降，并进一步引导含尘风流沿煤壁侧运移，从而使采煤机司机位置处粉尘浓度得到有效降低。机载除尘器如图4所示。根据工作面的供水条件，选取SD312喷嘴作为机载除尘器引射喷筒用喷嘴，共布置3个。

图4 机载除尘器示意图

(4）回风巷分段分流净化系统

回风巷的粉尘已经均匀扩散，且主要以呼尘为主，极大地影响了回风巷的视线。目前主要采取全断面喷雾对回风巷的粉尘进行治理。全断面喷雾由于采用静压水，水压较低，雾化较差，且回风巷风速大，不仅对呼尘的沉降效果十分有限，而且雾流进一步影响了回风巷的视线。因此本文提出了回风巷分段分流净化技术，如图5所示，通过在回风巷前后布置2台除尘器，配合定制的捕尘门与全断面喷雾来达到最佳的除尘效果。

图5 回风巷分段分流净化系统示意图

144205工作面设计风量为1 100 m3/min，根据现场情况选择在距离回风巷口50 m的位置前后摆放2台处理风量均为550 m3/min的除尘器集中处理粉尘。为了方便后期移动除尘器，除尘器均安装在定制的履带车上，2台除尘器之间的距离保持在10～20 m。每台除尘器的吸风口处都贴紧布置一道捕尘门，每道捕尘门均根据除尘器吸风口大小裁剪出同样大小的缺口，起到控风作用，使得大部分风流进入除尘器。1#除尘器排风口通过导风筒连接至2#除尘器出风口，使排出的净化风流直接进入回风巷后方。2#除尘器布置于2#捕尘门后，继续处理通过1#捕尘网后剩余的污风。净化水幕布置在捕尘网前上方，由于水的表面张力作用，净化水幕的喷雾可在捕尘网表面暂时形成液膜，可提高喷雾对呼尘的除尘效率。通过除尘器与捕尘网的协同降尘作用，将回风巷的粉尘进行有效治理。

4、综合治理效果考察

对综采工作面采煤机中部位置、采煤机下风侧5 m及回风巷分段分流净化系统除尘器后10 m处的粉尘浓度，依据GBZ/T 192.1—2007进行了检测，结果如表1所示。

表1 144205综采工作面综合治理前后粉尘浓度

由表1可知，采煤机外喷雾系统、控降尘系统、机载除尘器使用后，顺风截煤时，采煤机中部降尘效率达到81.98%，采煤机下风侧5 m降尘效率达到76.63%；逆风截煤时，采煤机中部降尘效率达到90.28%，采煤机下风侧5 m降尘效率达到79.24%。逆风截煤时降尘效率明显好于顺风截煤，这主要是由于逆风截煤采煤机截煤尘源在上风侧滚筒，截煤产尘经过了采煤机外喷雾系统、控降尘系统、机载除尘器的充分治理。回风巷在使用分段分流净化技术后，除尘效果良好，逆风截煤时系统降尘效率达到86.05%，回风巷除尘器后全尘浓度降低到20.7 mg/m3以下，工作面及回风巷作业环境得到明显改善。

5、结语

(1)144205工作面主要产尘源为采煤机截煤。截煤产尘随风流运移，遇采煤机机身阻挡后随风流绕流扩散到人行道，并逐渐扩散到整个工作面，是粉尘主要运移路线；回风巷粉尘已均匀扩散。

(2）采用以采煤机外喷雾系统、控降尘系统、机载除尘器为主要措施的综合控降尘技术后，采煤机截煤产尘向行人侧的扩散得到了有效控制。采煤机中部降尘效率达到90.28%，采煤机下风侧5 m降尘效率达到79.24%，回风巷除尘器后全尘浓度降低到20.7 mg/m3以下，工作面及回风巷作业环境得到明显改善。

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