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“第三十七届科技论文交流会”三等奖论文9

岩巷综掘粉尘综合治理技术    

   

大兴矿     广    

                                       

摘要: 随着井巷工程机械化程度的不断提高,岩巷综掘在生产过程中产生的大量粉尘,既要从源头综合治理出发做到本质安全化,又要消除已产生的粉尘保障员工身体健康。根据现有的综合防尘措施与设备投入,寻找漏洞弥补不足,从捕尘、消尘、降尘过程入手,研制发明了抽压结合、集中水幕、吸能缓冲装置为核心的“四级降尘技术”。该技术是一套崭新的、安全的、实用的综合治理粉尘技术,具有极大的推广使用价值。    

关键词:综掘   岩巷   粉尘   治理    

1 技术背景  

随着采掘生产的有序进行,大功率综掘设备的投入实现了高效的施工进度,全岩巷道的掘进均已采用综掘机施工。因此岩石巷道综掘施工时的粉尘治理工作,成为困扰施工安全和职工健康的显著问题。目前使用的除尘风机设备只能对岩巷掘进工作面80m以内产生的粉尘起到降尘作用,而除尘风机排尘的乏风因风速过高,除尘效果差,导致除尘风机后部乃至沿线巷道粉尘严重超标,对现场的安全条件和员工的身体健康带来了一定的危害。因此除尘风机后段粉尘治理工作,成为了大兴技术人员急需立项攻关解决的难题。为了更好的保障掘进安全生产和员工职业健康,经过7个月反复实践,研发了抽压结合、集中水幕以及吸能缓冲装置相结合的四级降尘技术,在综掘岩巷的粉尘治理方面取得了重大进展。  

2 工作面概况    

大兴矿现有掘进工作面8个,其中岩巷5个,煤巷3个。首次实践工作面为北二1205底板瓦斯道,巷道全长1601m。本工作面为12煤层第二个工作面,工作面西侧为未采动区,东侧为北二1203工作面;南侧为保护煤柱,北侧为大隆井田。工作面地表为大孤榆树村农田沉陷区,沉陷区内有两处积水坑,该积水区在回采9煤层时已进行了安全论证。工作面地表有2条矿区公路和5条电力线通过,地面标高在+65.2+74.2m之间。工作面在北二采区14煤层下部岩层中,距14-1煤层1215m,上邻14-2煤层,煤厚一般为0.51m,下邻15-2煤层,煤厚2.15m,工作面掘进处于这两层煤之间,间距48m左右,对掘进无影响。工作面水文地质条件简单,掘进期间粗砂岩、砂砾岩为微弱承压直接充水含水层,含孔隙水、裂隙水,预计顶板局部会有淋水现象。岩层硬度(ƒ)46。现使用的是EBZ-260型综掘机,每循环1.6米截割时间大约为34个小时,因此产生大量的粉尘。  

3 综掘岩巷“粉尘”综合治理技术  

3.1 过去式“抽压结合、一级降尘”粉尘治理技术简介  

除尘风机无疑是岩巷掘进最好的降尘设备之一,工作面正常施工中,使用1KCS-550D型湿式除尘风机配合综掘机,实现抽压结合,通过除尘风机进行一级降尘;然而在实际使用过程中却发现该设备存在一定的设计缺陷。现有的除尘方法只能满足除尘风机至工作面80m左右范围内的作业环境,除尘风机将工作面粉尘经过设备降尘后排出,造成后部的粉尘速度增快,巷道内能见度只能在1m左右,运输人员只能在停止掘进时进行作业,极大的影响生产;并且粉尘随意飞扬导致巷道帮、顶、风筒、管路、电缆及其他设备设施上粉尘严重超标,除尘风机的使用并没有真正意义上将粉尘进行根治,相反为沿线施工作业人员埋下了严重的安全隐患。通过积极而有效的探索,对粉尘形成的原因和目前除尘风机除尘效果不佳的研究和分析,找到了其主要原因有:除尘风机排除尘的乏风因风速过高,除尘效果差,导致除尘风机后部乃至沿线粉尘严重超标。同时除尘风机骨架风筒直径不合理,Ф600mm的骨架风筒径小,除尘力不足,易破损;Ф800mm的骨架风筒径大,抽力小,影响作业空间。  

3.2 “抽压结合、集中水幕、吸能缓冲装置相结合“四级降尘技术”研究  

3.2.1 抽压结合 技术特征  

抽压结合除尘是指利用原有的KCS-550D型湿式除尘风机除尘特性,针对现场实际的除尘效果,特殊定制Ф700mm的骨架风筒,用于除尘风机前部捕尘。同时在距岩巷综掘工作面巷道拉门口不超过200m位置施工16m深、6m宽除尘硐室,在除尘风机后部接设Ф1000mm的正压风筒延伸至除尘硐室内。利用除尘风机抽取粉尘后再通过风筒压入除尘硐室内集中排放粉尘,使风筒段巷道粉尘浓度达到合格标准。  

                                                                                                       

1 “抽压结合”图    

3.2.2 集中水幕技术特征    

集中防尘水幕帘采用6’铁管或扁铁焊制成龙门架,中间铺满5mm×5mm目眼的钢丝纱网制作,内外接40 9孔外牙喷雾头,使集中排放过来的粉尘在水幕喷雾效果下达到降尘、消尘的目的。  

集中水幕在除尘硐室内共设3组,1组圆环喷雾设在硐室口除尘风筒末端集中排尘口处;1组设在除尘硐室全断面顶板处;1组设在除尘硐室里吸尘缓冲装置前。  

                           

2 “集中水幕”图    

3.2.3 吸能缓冲装置技术特征    

吸能缓冲装置技术主体为降尘海绵,采用2000mm×3000mm×50mm规格的降尘海绵安设在集中排尘口正前方,相距排尘口留有5m缓冲距离。同时设置1组专用集中水幕增强该缓冲装置的吸能特性,并加工专用卡子以增加吸能缓冲装置的牢固和实用性。  

由于除尘风机抽取粉尘时的乏风风速过快,仅通过集中水幕无法彻底消尘,因此设计吸能缓冲装置,能使高速排放的粉尘降速,由于该除尘装置有很好的吸附能力,所以通过设计吸能缓冲装置能够很好的使粉尘达到降尘、降速的目的。  

                       

3 “吸能缓冲装置”图    

3.2.4 以三种技术为核心的四级降尘技术特征    

⑴ 工作面掘进切割期间,开启除尘风机,利用除尘风机自身的抽排力抽取粉尘,使除尘风机前段粉尘达标,此为一级降尘。  

⑵ 粉尘通过除尘风机抽取后,沿除尘风机后接设的φ1000mm风筒集中排放到除尘硐室,在除尘风筒末端集中排尘口处安设一组圆型喷雾,将集中排放过来的粉尘通过专用集中水幕进一步过滤降尘,此为二级降尘。  

⑶ 通过集中水幕二级降尘后的高速粉尘打到安设在硐室内的吸能缓冲装置上,使粉尘降尘、降速,此为三级降尘。  

⑷ 最后被降速的粉尘在硐室内自由扩散出硐室时,经过硐室口全断面的集中净化水幕帘再一次降尘雾化,使巷道内的粉尘达到标准范围,此为四级降尘。  

           

4 “四级降尘技术”示意图    

4 “一级降尘”和“四级降尘”效果对比  

4.1 试验地点及综合防尘实践情况    

试验地点应选择在大兴矿北二采区12煤层北二1205底板瓦斯道掘进工作面进行。  

一级降尘:采用的是KCS-550D型湿式除尘风机单向抽排粉尘方式,除尘范围仅针对除尘风机前端80米以内距离,效果一般。而对于除尘风机后整条巷道来说,掘进期间粉尘严重超标,能见度极低。  

四级降尘:新鲜风流通过局部通风机供风,由正压风筒送至掘进工作面。当综掘机准备切割工作面时,打开风筒三通,同时关闭风筒夹,保证正压风筒断开位置大于除尘风机10m位置,且负压风筒距工作面不超过2m。此时开启除尘风机,除尘风机后连接直径1m的风筒延伸至除尘硐室内集中降尘水幕帘处,使除尘风筒内高速运行的粉尘喷射到安设在除尘硐室里帮壁上的吸能缓冲装置上进行降速,同时开启水阀门,使水流经过喷雾头使粉尘雾化达到降尘效果。至此工作面粉尘途经集中降速、降尘后至回风道,完成一个循环,达到岩巷综掘降尘、消尘的作用,与之前单一使用除尘风机降尘效果相比,消尘效果明显,不但保障了员工的身体健康,更是对安全生产起到了积极作用。  

4.2 综合防尘效果对比分析  

通过不同时间与掘进工作面延伸施工不同地点观测粉尘浓度来确定降尘效果。巷道内粉尘效果抽查实测见下表1  

1 粉尘效果抽查实测表    

   

     

采集时间  

工 作 面  

粉尘浓度  

一级降尘  

粉尘浓度  

mg/m3  

二级降尘  

粉尘浓度  

mg/m3  

三级降尘  

粉尘浓度  

mg/m3  

四级降尘  

粉尘浓度  

mg/m3  

N2-1205  

底板瓦斯道  

2018/1/8  

56.23  

42.32  

33.62  

9.86  

2.31  

N2-1205  

底板瓦斯道  

2018/2/10  

63.12  

40.26  

29.54  

8.67  

1.91  

N2-1205  

底板瓦斯道  

2018/3/12  

48.62  

38.51  

23.19  

8.31  

2.69  

N2-1205  

底板瓦斯道  

2018/3/26  

52.37  

39.65  

27.55  

10.12  

2.97  

N2-1205  

底板瓦斯道  

2018/4/16  

61.28  

46.76  

35.21  

10.25  

2.49  

   

通过采用四级降尘技术与以往的一级降尘技术相比较,粉尘浓度降低90%以上,效果显著,整条巷道粉尘浓度均能达标,保证了安全生产。  

5  经济与社会效益分析    

采用理论分析、现场技术论证等多种研究手段,以“抽压结合、一级降尘”与“抽压结合、集中水幕、吸尘缓冲装置为核心的四级降尘技术”进行对比,通过从掘进工作面到降尘点粉尘情况监测进行日分析、月统计,粉尘浓度衰减数值进行计算,粉尘达到国家安全标准,该项技术得到推广应用,获得了良好的技术经济、社会效益。  

5.1  技术效果分析    

通过综合粉尘治理技术的实践,一级降尘率可达到25%左右,二级降尘率可达到41%左右,三级降尘率可达79%左右,四级降尘率可达到90%左右,从以上数据分析,吸能缓冲装置和集中水幕降尘效果较好,技术效果显著。  

5.2 经济对比分析    

对粉尘效果分析的同时,“抽压结合、集中水幕、吸尘缓冲装置为核心的四级降尘技术”,该技术方案需将原有的Ф800mm的骨架风筒改造为Ф700mm的骨架风筒,日常材料费投入几乎没有发生增长;需投入200米Ф1000mm的风筒,日常掘进施工中可反复使用,因此经费可忽略不计;防尘水幕架需用6分铁管和16mm钢筋、焊制龙门架、底板沙子水泥投入小计为1267元;喷雾水头40个及人工费,小计为729元。利用现有的施工硐室,工程量没有增加。整体技术共需多投入资金约:1996元。  

5.3  社会效益分析    

大兴矿“综掘岩巷粉尘综合治理技术”在试验区域有效地提高了员工的作业效率,创造了安全的井下工作环境,取得了很好的社会效益。  

5.4  推广应用前景    

大兴矿“综掘岩巷粉尘综合治理技术” 降尘效果提高到了90%以上,极大改善了作业环境,使巷道时刻处在优质环境中,最重要的是为员工的身体健康提供了可靠保障;此项技术尚属首次提出,且具有较高实用性和先进性;不用另行增加设备,没有较高资金投入。同时更有助于塑造良好的企业形象,社会效益显著。研究成果对相似条件矿井粉尘综合治理具有借鉴意义及推广应用前景。  

6  主要结论    

在铁法煤业(集团)有限责任公司有关处、室的大力支持下,结合大兴矿特殊地质条件实际情况,该技术项目首创并成功实践,对岩巷综掘粉尘治理有着积极的指导意义。该技术是一套崭新的、安全的、实用的综合治理粉尘创新技术,有效解决了除尘风机后段粉尘较大问题。具有极大的推广使用价值,可以广泛的应用在岩巷综掘施工中,从而积累了丰富的经验,安全的同时还优化了工作环境,保障了员工身心健康,具有广阔的发展空间。  

参考文献    

[1] 张殿印。《除尘工程设计手册》,化学工业出版社2010.  

[2] 国家煤矿安全监察局,煤矿安全规程[M]。煤炭工业出版社,2011  

   

作者简介 李广 (1981 -) ,男,工程师,毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业,铁煤集团大兴煤矿生产科副科长。曾在省级刊物发表论文3篇。联系电话:15241005841