综合防尘示范化矿井建设.doc

淄博矿业集团许厂煤矿综合防尘示范化矿井建设立项建议书淄博矿业集团许厂煤矿煤炭科学研究总院重庆分院济宁中煤环保安全技术工程有限公司二00五年五月1 项目实施的意义和必要性12 主要研究内容及研究目标32.1 主要研究内容32.2 研究目标33 拟解决的关键技术难题34 技术路线及方案44.1 井下主要作业场所粉尘实时监测及控制系统的建立44.2矿井粉尘管理标准的研究54.3井下测尘规范的研究64.4粉尘性质实验室的建设74.5井下主要作业场所的粉尘综合治理措施的完善75 经费概算13171 项目实施的意义和必要性粉尘危害是煤矿生产的六大灾害之一。高浓度的煤尘不仅危及矿井的安全生产，而且高浓度的粉尘将带来严重的职业危害，引起尘肺病。尘肺病是不可治愈的不治之症，目前只能预防。预防的方法就是控制作业场所的粉尘浓度。淄博矿业集团许厂煤矿（以下简称许厂煤矿）各采、掘工作面机械化程度高，产尘强度大。为了降低矿井的粉尘浓度，该矿对井下各主要尘源点均采取了一定的防尘措施。在综采、综放工作面，采用二次负压引射降尘器降低采煤机割煤时的粉尘浓度，采用液压支架自动喷雾技术降低移架时的粉尘浓度，转载点则采用喷雾降尘措施；在综掘工作面，采用掘进机外喷雾降尘、除尘器抽尘净化，锚杆眼湿式打眼及在距迎头约10m采用一道风流净化水幕的综合防尘措施；在炮掘工作面，则采用湿式打眼、湿式装岩及放炮压气喷雾降尘的措施降尘；在锚喷工作面，采用除尘器治理喷射机的上料口和搅拌机的粉尘；在主要进、回风巷，均安设了风流净化水幕；在井下主要转载点采用喷雾降尘措施。采用了上述综合防尘措施之后，该矿各主要作业场所的粉尘浓度虽得到了一定的降低，但离标准的要求还相差较大。经现场测试，采煤工作面的粉尘浓度降低到了135mg/m3左右，采煤工作面回风巷的粉尘浓度降低到了130mg/m3左右；综掘工作面掘进时的粉尘浓度降低到了200300 mg/m3，打眼时的粉尘浓度降低到了1520mg/m3；炮掘工作面放炮时的粉尘污染问题也得到较大地改善。许厂煤矿的粉尘测定采用的是目前国内普遍使用的测试方法-短时大流量测定法。该方法是通过测定短时（几分钟）的粉尘浓度来评价作业场所的粉尘污染情况，不适应煤矿井下作业场所粉尘浓度随时间、空间和其他因素的变化而变化大的情况，因此，测试结果代表性较差，对煤矿的粉尘危害分级管理带来困难。以综掘工作面为例，当综掘机割煤时工作面的粉尘浓度大，而当综掘机割煤完毕进行支护时的粉尘浓度较小，二者相差可达几十倍。因此，要准确评价工作面的粉尘污染情况，应采用整个工作班测尘的方法进行测试，测试时间覆盖整个工作班，再采用适当的方法进行加权平均，计算作业场所的粉尘浓度，用此粉尘浓度作为评价作业场所粉尘污染更为科学。从国外的情况来看，发达采煤国家目前均采用这种方法来评价工作面的粉尘污染情况。目前可以用的长周期测试方法有两种，一种是用长周期采样器在工作面测试一个工作班，另一种是采用粉尘浓度传感器进行24h的连续监测。另一方面，粉尘的危害还与粉尘的粒度分布、粉尘中游离二氧化硅含量等有关。因此，要评价作业场所的粉尘对作业工人的影响还必须测定粉尘的粒度分布、粉尘中游离二氧化硅含量，为此必须建立粉尘性质实验室。为了保证矿井的安全生产和职工的身体健康，煤矿安全规程对煤矿井下作业场所的粉尘浓度作出了规定。但是就目前国内的技术水平，要达到该规定是有一定的难度的。为此，需要根据国内目前的技术水平，结合许厂煤矿的生产技术条件，针对不同的作业场所、工艺，制定粉尘的分级管理制度，并采用相应的技术措施，使作业场所的粉尘浓度达到所制定的管理标准。为了全面降低矿井的粉尘污染程度，改善该矿井下作业场所的劳动卫生条件和提高矿井的安全生产水平，并使这种改善和提高的长期有效性得到保证，许厂煤矿和煤炭科学研究总院重庆分院、济宁中煤环保安全技术工程有限公司合作开展综合防尘示范化矿井建设的研究，对该矿在防尘管理、粉尘监测及治理等方面进行建立、完善和提高，全面提升许厂煤矿的综合防尘水平。该项目实施后，将对许厂煤矿的安全生产水平和煤工尘肺预防水平的提高起到十分重要的作用，对许厂煤矿的可持续发展具有重要的意义。2 主要研究内容及研究目标2.1 主要研究内容（1） 井下主要作业场所粉尘实时监测系统的建立；（2） 矿井粉尘管理标准的研究；（3） 井下测尘技术规范的研究；（4） 粉尘性质实验室的建设；（5） 井下主要作业场所的粉尘综合治理措施的完善及其配套工艺的研究。2.2 研究目标通过本项目的研究，建立矿井主要作业场所粉尘实时监测系统和粉尘管理标准，为准确评价粉尘危害和科学决策提供依据。在此基础上，完善许厂煤矿井下主要作业场所的粉尘综合治理措施，使井下主要作业场所的粉尘浓度达到所制定的粉尘管理标准的要求。最终建立起中国煤矿的第一家粉尘防治标准化示范矿井，项目实施后，将使许厂煤矿的防尘工作达到国内领先水平。3 拟解决的关键技术难题（1）井下主要作业场所粉尘实时监测系统的建立；（2）粉尘综合治理措施配套工艺的研究。4 技术路线及方案4.1 井下主要作业场所粉尘实时监测及控制系统的建立在煤矿井下主要尘源点和主要作业场所建立粉尘实时在线监测系统。拟采用的技术途径是：由GCG-500型粉尘浓度传感器直接感应粉尘浓度，转变为频率信号后送入已有的KJ76型矿用监控系统的各分站，由各分站将信号与CH4、CO、风速等信号一起，送入地面监控主机，由工业大电视直接显示各传感器所在位置的粉尘浓度。由于目前的分站已没有剩余的负荷空间，需要为传感器增加一外加电源供电（如图1所示，采用KFD-3X型分站的电源为传感器供电）。该项目无需另设监控系统。在采煤工作面回风巷、综掘工作面回风流、炮掘工作面回风流、锚喷作业点附近等地点建立粉尘浓度超限自动喷雾降尘系统。其技术途径是：在这些地点布置粉尘浓度传感器，由粉尘浓度传感器测定粉尘浓度，并控制自动喷雾降尘系统的开停，实现粉尘浓度超限自动喷雾降尘。其原理是：采用粉尘传感器实现粉尘连续、实时、在线监测，按矿井粉尘管理标准设置回风流超限浓度（如设定为50mg/m3），当风流中粉尘浓度达到超限浓度值时，系统主机自动发出命令，通过分站将命令传输到控制箱，然后由控制箱给DJS1-63型自动洒水装置的DF20（K）电磁阀发出动作命令，从而自动打开喷雾降尘装置。通过设置延时，实现对风流煤尘浓度超限时自动喷雾降尘，确保风流粉尘不超过矿井管理标准。从而提高矿井的安全生产水平。系统分站系统主机KXJ1-127/36KON控制箱DF20（K）电磁阀GCG粉尘浓度传感器KFD-3X分站图1 粉尘超限自动喷雾降尘原理框图本项目拟在许厂煤矿各采煤工作面回风巷距采煤工作面2040m处、综掘工作面距迎头2040m处、炮掘工作面距迎头2040m处各安设1台粉尘浓度传感器，共计21台。GCG-500型粉尘浓度传感器主要技术指标：总粉尘浓度测量范围：0.1500mg/m3；测量误差：15%；输出信号：2001000Hz 15mA；采样流量：2L/min；电源：918 (本安电源)；防爆型式：Exib矿用本安型；外形尺寸：300250300mm3；质 量：7kg。DJS1-63型自动洒水装置主要技术参数电源电压 127V AC/36V AC 适用井下水压 0.26.3MPa控制距离 5m动作维持时间 5120s可调电磁阀通过水量 25L/min4.2矿井粉尘管理标准的研究根据煤矿安全规程、煤矿安全生产基本条件和即将发布的煤矿粉尘综合治理规范、煤矿安全生产条件等规范和标准的要求，结合许厂煤矿现有的粉尘管理制度，建立一套既符合有关规范和标准要求又具有较强可操作性的粉尘管理标准。该标准主要包括以下研究内容：（1） 建立粉尘管理机构及队伍，明确其职责、权力及日常工作内容；（2） 建立矿井粉尘的监测和汇报制度；（3） 研究井下各主要作业场所的粉尘管理目标及其保障制度；根据粉尘实时监测系统的监测数据，结合项目实施后可能达到的水平，从矿井安全生产和职业危害预防两个方面出发，提出各类作业场所的粉尘浓度接触限值，明确管理目标，并研究实现这一管理目标的保障制度。（4） 研究矿井粉尘管理的检查制度、评分标准及奖惩办法；在明确了管理目标及其保障制度之后，为了使制定的保障制度能够得到全面贯彻，从而实现管理目标，必须加强对保障制度的执行情况的检查，制定适用的检查制度，量化各作业场所的执行情况，根据量化的结果，对执行情况较好的单位、工区进行奖励，对执行不力的单位、工区进行相应的惩罚，以便促进执行不力者的改进，共同推进粉尘管理水平的提高。（5） 其他需要补充的制度。4.3井下测尘规范的研究根据有关规范和标准的要求，结合许厂煤矿的实际情况，通过实验室试验分析，建立一套在许厂煤矿行之有效的井下测尘规范，为准确评价许厂煤矿井下的粉尘污染和安全隐患提供一套技术规范。该规范主要包括以下研究内容：（1） 研究井下各主要尘源点的测尘条件、位置、时间和有效样品数量等；根据现场生产技术条件和实验室的试验结果，确定最能代表现场生产工艺条件下的粉尘污染实际情况的条件，以此为依据确定井下各主要尘源点的测尘条件、测尘的空间位置、测尘的时间和有效样品的数量。（2） 井下各主要尘源点粉尘的采样方法；结合国家和行业的有关标准和导则的规定，提出煤矿井下各主要尘源点粉尘采样的方法，为保证样品的有效性提供技术支撑。（3） 样品有效性的判定方法；根据国家和行业的有关标准和导则的规定，结合所制定的粉尘采样方法，给出样品有效性的判定方法。（4）样品的实验室分析方法，包括粉尘浓度的分析方法、粉尘粒度分布的分析方法、粉尘游离SiO2含量的分析方法等；根据国家和行业的有关标准和导则的规定，制定有效样品的实验室分析方法，从方法上保证最终结果的有效性。（5）其它。通过上述方法的建立，为分析有效样品提供了软件条件，也从软件上保证了最终结果的有效性。4.4粉尘性质实验室的建设为有效防止粉尘带来的职业危害和提高煤矿安全生产水平，根据煤矿安全规程和煤矿安全生产条件的要求，“煤矿企业必须有用于测量总粉尘和呼吸性粉尘浓度的粉尘采样器、自动测尘仪及分析天平、烘干器组成的完善的粉尘实验室，并应通过国家授权单位的认可”、“煤矿企业应具备粉尘粒度分析仪器”、“应建立测定游离SiO2的实验室”等，按照相关的国家标准和行业标准规定的方法，建立粉尘性质实验室。该实验室的建设主要包括以下内容：（1） 粉尘浓度测试实验室；（2） 粉尘粒度分布测试实验室；（3） 粉尘中游离SiO2含量测定实验室。该实验室的建成，为分析有效样品提供了硬件条件，也从硬件上保证了最终结果的有效性。4.5井下主要作业场所的粉尘综合治理措施的完善4.5.1 综掘工作面许厂煤矿目前共有5个综掘工作面，由于机械化程度高，粉尘浓度很高。虽然采用了除尘器抽尘净化的降尘方式，但由于其配套工艺不符合高效收尘的需要，加上除尘器的除尘效率低（铭牌标示为90%98%）、没有控尘措施等原因，导致综掘工作面的粉尘浓度仍然较高。我们知道，掘进工作面的降尘效率受到收尘效率和除尘器除尘效率的影响。收尘效率和除尘效率越高，降尘效率就越高，从而使掘进工作面的粉尘浓度越低。为此，提出如下粉尘综合治理措施：采用涡流控尘的方式进行工作面的粉尘控制，抑制粉尘向工作面外扩散，从而提高除尘器的收尘效率；采用高效率的除尘器。通过上述途径，可以使掘进工作面的粉尘浓度降低到50mg/m3以内。同时，通过研究合理的抽尘净化配套工艺参数，使其效果能够得到长期稳定地保证。综掘工作面的综合防降尘系统布置如附图1所示。【特点】 采用涡流控尘系统，使除尘系统的收尘效率显著提高95%以上； 采用高效除尘器，总粉尘除尘效率可达99%以上，呼吸性粉尘除尘效率可达90%以上； 掘进工作面的粉尘浓度降低到50mg/m3以内。4.5.1.1 涡流控尘系统涡流控尘系统主要由涡流发生器、涡流风筒、风筒储存器、负压可伸缩风筒组成。该系统将负压可伸缩风筒与掘进工作面的压入式供风筒连接，使工作面的供风进入涡流控尘系统后，由轴向流动转变为沿巷道周壁运动的螺旋流动，带动巷道内的空气整体向工作面推进，并使整个横断面上的风流均匀分布。在距工作面迎头一定距离（约5-7 m）处形成一道厚实的“空气屏幕”，以控制迎头的粉尘向巷道后方扩散。在迎头形成粉尘“富集”区，从而为提高抽尘净化系统的收尘效率提供条件。4.5.1.2 高效除尘系统除尘系统主要由进风集流器、除尘器和负压风筒组成。将进风集流器的吸尘口布置在空气屏幕与迎头之间，除尘器安装在掘进机上，通过负压风筒将进风集流器和除尘器连接，形成抽尘净化系统。启动除尘器，在配套风机的负压作用下，通过进风集流器将含尘气流吸入除尘器，含尘气流在经过过滤除尘网时与喷雾器喷射出的水雾混合后进入风机，在风机叶轮的搅动下含尘气流与水雾得到进一步的混合，增强了水雾与风流中粉尘的相互凝结；在风机的驱排作用下，含尘气流进入旋风导流体并产生高速旋转运动，大部分粉尘与水雾粒子相互作用被捕获，未被捕获的粉尘粒子在离心力的作用下被抛向除尘脱水装置壁面，与附着在除尘脱水装置壁面上不断向前运动的水膜相混合而被捕获，使粉尘粒子从含尘气流中分离；被抛向除尘脱水装置壁面上的水雾形成一层沿出口方向不断向前旋转运动、并夹带或吸附粉尘粒子的水膜层，在除尘脱水装置排风口处从风流中分离出来，并由排污管排出，净化后的风流由排风口排出，从而达到净化含尘风流的目的。除尘器的主要技术参数如下：处理风量：180250m3/min；工作阻力：1500Pa；总粉尘除尘效率：99%；呼吸性粉尘除尘效率：90%；脱水效率：95%；电机功率：18.5kW；质量：750。4.5.1.3 配套工艺参数的研究煤矿井下综掘工作面抽尘净化系统的主要工艺参数包括压入式风量与除尘器处理风量的匹配关系、除尘系统吸尘口与工作面迎头的距离、压入式供风口与工作面迎头的距离、压入式供风与除尘系统的重叠段长度等。如图2所示。本项目拟通过在目前亚洲最大通风除尘试验巷道内进行模拟试验，研究出上述主要工艺参数的最佳匹配关系，然后在许厂煤矿井下综掘工作面进行现场试验，最终确定最佳配套工艺参数。Q1Q2lcrlilc图2 综掘工作面抽尘净化系统主要工艺参数匹配示意图4.5.2 炮掘工作面许厂煤矿共有10个炮掘面，目前采用了湿式打眼、水炮泥封堵炮眼、湿式装岩工艺，以及放炮压气喷雾降尘方式降尘。压气喷雾雾化效果虽好，但由于这种技术的条件雾化角小、雾粒速度低，使其控制断面积小、控制距离短，在炮掘面使用的降尘效果并不理想，导致目前炮掘工作面的粉尘浓度较大，同时也使放炮后工人重新进入工作面的时间较长，影响劳动卫生条件和生产效率。因而需要对炮掘工作面的综合防尘措施进行改进。根据许厂煤矿现有的生产技术条件，为降低炮掘工作面的粉尘浓度，同时缩短放炮后工人重新进入工作面作业的时间间隔，从而改善炮掘工作面的劳动卫生条件和提高劳动生产效率，可以采取高压喷雾降尘措施。其系统布置如图3所示。将高压泵站布置在距掘进工作面迎头150200m巷道一侧，沿巷道底帮距底板300高处铺设1无缝钢管至掘进面迎头，随巷道不断延伸，定期接长。管线上每隔20m安装一个三通阀，便于配水和接高压胶管，无缝钢管和高压胶管的耐压强度不小于高压泵站最高压力的1.2倍。将高压喷雾器固定于巷道断面的中部位置，吊挂在巷道顶部，距掘进面迎头1520m。当工作面炸药装完后，由放炮员提前2min启动远程控制开关启动高压泵站进行喷雾，炮响后5min关闭高压泵站。图3 炮掘工作面高压喷雾降尘系统布置示意图1供风风筒；2高压泵站；3高压水管；4高压喷雾器【特点】 降尘效率高，放炮后5min可使炮掘工作面的粉尘浓度降到10mg/m3以下。 能快速降低粉尘浓度和消除炮烟，5min后炮掘工作面的空气质量可达到地面暴雨后的空气质量。 大大缩短工人重新进入工作面的时间（只需5min），提高了劳动生产效率。 喷雾射程远(达15-25m)，能使雾流接近工作面迎头，放炮前后对工作面实施喷雾，能起到冲洗巷道壁的作用，避免粉尘因放炮而产生二次飞扬。 操作简单，只需操作远程控制开关即可。4.5.3 锚喷工作面许厂煤矿目前有锚喷工作面6个，工作时，由于反弹导致工作面粉尘浓度高，严重污染作业环境。因此必须对工作面由于反弹而产生的粉尘进行治理。本项目拟采取的治理方案如下：系统布置如图4所示。除尘系统主要由风机、除尘器、负压伸缩风筒、涡流控尘系统等组成，喷浆时利用涡流控尘系统形成的涡流风流，控制风尘向外扩散；同时通过除尘系统的抽尘净化，将喷浆机搅拌和由于喷浆产生的粉尘同时进行净化处理，处理后的风流中粉尘浓度可达50mg/m3以下。4.5.3.1 涡流控尘系统涡流控尘系统主要由涡流发生器、涡流风筒、风筒储存器、负压可伸缩风筒等组成。该系统通过负压可伸缩风筒与掘进工作面的压入式供风筒连接，工作面的供风进入涡流控尘系统后，有轴向流动转变为沿巷道周壁运动的螺旋流动，并带动巷道内的空气从整个断面不断向工作面推进，在工作面迎头形成一道可靠的空气屏幕，以控制粉尘向巷道后方扩散。从而为提高抽尘净化系统的收尘效率提供条件。4.5.3.2 除尘系统除尘系统主要由风机、除尘器和负压风筒、连接风筒等组成。将负压风筒的吸尘口布置在由涡流控尘系统形成的空气屏幕内，除尘器安装在距掘进工作面迎头50100m处，通过负压风筒连接到掘进工作面迎头；同时，用连接风筒将喷浆机和除尘器连接起来，连接风筒上设有风量调节阀，可以调节除尘器处理喷浆机粉尘污染的风量。其工作原理与综掘工作面相同。【特点】 本系统可以同时处理喷浆机产生的粉尘和喷射点的粉尘污染。 处理后作业场所的粉尘浓度可以降低到50mg/m3以下。543211098761FBDC6.6/226对旋风机；2KCS-550除尘器；3连接风筒；4风量调节阀；5-伸缩风筒；5压入式供风风筒；7喷浆机；8涡流控尘系统；9-爬装机；10喷射点图4 锚喷工作面除尘系统布置示意图KCS-550型除尘器的主要技术参数如下：处理风量：350500m3/min；工作阻力：1800Pa；总粉尘除尘效率：99%；呼吸性粉尘除尘效率：85%；脱水效率：95%；电机功率：37kW；质量：950。5 经费概算项目总经费492.305万元。其中设备费427.835万元，具体明细见表1、表2；研究经费64.47万元，具体明细见表3。分项经费概算如表1所示。表1 单项设备费概算序号经费类别名 称规格型号数量单价（元）价格（万元）1炮掘工作面降尘系统高压喷雾泵5D-2/1501667006.67自动控制水箱GPS1179001.79高压喷雾器自制427501.10高压胶管总成KJ252200m981.96高压闸阀KJF2523800.076小计11.5962综掘工作面降尘系统涡流风筒6003169005.07涡流发生器6001132001.32风筒储存器600139000.39可伸缩负压风筒40m980.392KC-061S除尘器1663006.63进风集流器154000.54小计14.3423锚喷工作面除尘器KCS-5501850008.50风机FBDC6.6/2261600006.00负压伸缩风筒800100m1181.18涡流风筒6003169005.07涡流发生器6001132001.32风筒储存器600139000.39小计22.464粉尘监控系统粉尘浓度传感器GCG212900060.9自动喷雾洒水装置DJS1-6321525011.025软件3.75小计75.6755粉尘性质实验室建设粉尘采样器AZF-012