综掘机控尘技术的研究与应用_图文

1、综掘机控尘技术的研究与应用宋先明1,吴建宾2,阮国强2,冯浩2(1.兖州矿业集团有限公司,山东邹城273500;2.兖州矿业集团鲍店煤矿,山东邹城273513摘要:在借鉴国内外现有除尘技术和资料的基础上,结合鲍店煤矿现有的通风除尘、湿式除尘等技术,提出了采用综掘机内喷雾、高效抽出式除尘风机、合理布置抽出式风筒的吸风口的位置、加强转载点、风筒重叠段等区域的降尘的综掘机综合控尘技术。在鲍店煤矿5306轨顺掘进工作面应用中取得了良好的效果。关键词:综掘机;除尘;通风中图分类号:T D714+.4文献标识码:B文章编号:1003-496X(200807-0026-04随着采掘机械化程度的不断提高,矿井

2、开采方法和采煤工艺向着高产、集约化生产的方向发展。在这种情况下,尽管综合机械化掘进的机械化水平也在不断提高,但是从生产实际来看,矿井的掘进速度远不能满足采煤进尺的要求,这就造成了矿井出现采掘接续紧张的问题。在这种高强度作业条件下,尽管综掘技术具有掘进速度快、独头距离长、单位时间产量高、进尺快的优点,但同时该技术还容易导致掘进巷道瓦斯涌出量大和粉尘产生量高,这也就间接给矿井的粉尘防治工作带来了一定的困难。此外,随着生产技术的发展,综掘巷道的设计和掘进长度一般在1000m以上,这样多造成独头长距离通风的现象,导致风筒出口的有效风量减少,出口风速小,尤其是风流的速度低于0.5m/s时,巷道的局部将会

3、出现瓦斯、粉尘积聚,从而也给掘进巷道的通风排尘带来了一定的困难。由于煤矿粉尘因其自身的理化特性,导致其在具有爆炸危险性的同时,还具有降低精密设备使用寿命、降低现场可见度、容易自燃以及导致长期接尘人员患职业病。根据1988年对原统配煤矿总公司所属的337对矿井的粉尘调查情况可知,掘进机司机处的粉尘浓度高达1001000mg/m3,呼吸性粉尘浓度则高达10100mg/m3,严重超过了允许浓度。而现在的生产水平较1988年已经有了较高的提高,因此,目前生产工艺条件下,井下掘进工作面的粉尘(全尘和呼吸性粉尘危害必然也更加突出。因此,不管从保障企业安全生产角度考虑,还是从保护作业人员职业安全健康角度考虑

4、,研究综掘机粉尘控制技术,降低掘进工作面的粉尘浓度则是目前亟待解决的一个难题。1局部通风系统我国煤矿传统的巷道掘进通风采用的是局部通风机压入式通风方式。这种通风方式虽然具有通风设备简单、管理方便、能及时排除工作面烟尘和冲散工作面瓦斯、并能使工作面含尘空气迅速沿巷道排出等优点,但随着掘进机械化水平的提高,工作面的瓦斯涌出量和产尘强度急剧上升,若仍采用单一的压入式通风方式将会使大量的粉尘吹出工作面,造成有人工作的巷道部分及回风系统的严重污染,直接影响着工人的身体健康。此外,由工作面出来的粉尘逐步地沉降积聚也是影响矿山安全的一大隐患。单一的压入式通风方式已不能适应综掘工作面的除尘和稀释瓦斯等安全上的

5、要求。1.1局部通风方式确定根据我国煤矿综掘工作面瓦斯粉尘的实际情况,在选用我国现有的湿式除尘风机的基础上,宜采用如下4种不同的通风方式。抽出式、长抽短压、长压短抽和长抽长压式通风方法。从4种方式的除尘效果来看,以第一、二种通风方式为好,但是由于受到我国除尘风机功率小、国外大型抽出式风机(体积大、质量大不适合国内生产现状,因此,第一和第二种通风方式还不能满足综掘机掘进通风的需要。而第四种通风方式在不考虑除尘风机选型的基础上,采用第四种通风方式时,整个巷道全部处在风筒重叠段,容易产生微风,造成瓦斯积聚,且管理困难。为此考虑我国目前的掘进通风现状,只有选择第三种通风方式-长压短抽式通风方式来解决综

6、掘机掘进通风问题,其关键是选择高效、可靠的除尘风机和确定压入式通风机的有效通风距离。结合矿井现场实际,选择采用了长压短抽的局部通风方式,即混合式通风。实际生产过程中,综掘机的上述参数的变化范围为:L 压=1015m;L 抽=13m;L 重=1020m 。因此,为了保证长压短抽式通风系统的重合段内有风流流动并且在该段内不产生循环风,整个除尘系统具有较高的除尘效率,则必须使压入风量大于抽出风量,即Q 压Q 吸,Q 压应大于Q 吸的20%30%左右,压入式风筒口与除尘风机风筒吸风口的相互位置关系匹配如图1所示 。1-压入风筒;2-抽出风筒;3-除尘风机;4-压入风机图1长压短抽式通风系统示意图1.2

7、局部通风机的选型为保证掘进面不出现循环风,掘进面压入式风量必须在Q 压=1.21.3Q 抽=264286m 3/m in 之间,此值能够保证所选风机供应到工作面的新鲜风流满足稀释瓦斯、工人呼吸等所需风量。选取2×18.5k W 型对旋轴流式局部通风机作为局部压入风机,其吸风量在180350m 3/m in 。局部通风机安设位置应保证压入式通风的最长距离小于2000m 。1.3抽出式风筒布置由于掘进机截割煤炭时主要的产尘点有两处,一是截割头,二是煤炭落地点。为了克服设置的3个吸风筒的上吸风筒对司机视线的影响,在掘进机旋转台两侧各布置1个吸风筒,吸风口方向对准煤炭的落地点,将煤炭落地时扬

8、起的煤尘直接吸入吸风筒,另外通过增加除尘风机的吸风量以及挡尘帘的作用,在2个吸风口附近产生较强的负压场,把截割头产生的煤尘吸入吸风筒。1.4挡尘帘布置挡尘帘主要是在主副司机视线前方不设挡尘帘,消除了观察窗对司机视线的影响。由于挡尘帘里边负压场的作用,外边的新鲜空气经由此处向里流动,煤尘是不会从此处向外扩散。顶帘既可以是一整块(T 型也可以由三块或若干块条状组合而成。上侧帘和下侧帘均采用铰接摆动结构。包括顶梁的升降均采用液压千斤顶操作。1.5除尘风机的选型目前,我国常用的除尘风机包括旋流除尘器、文丘里除尘器、布袋除尘器、湿式过滤式除尘器、湿式除尘风机等。湿式旋流除尘器阻力低、体积小,但降尘率低,

9、特别是对于5m 以下的微细粉尘的处理效果欠佳;文丘里除尘器正相反,要求风机负压高,流量大;布袋除尘器,要求过滤风速小,必须采用增大过滤面积来保证除尘器有足够的风量,因而体积大,重量重;而以湿式洗涤为主,过滤除尘为辅的湿式除尘器兼具上述优点,在不需要消耗过大功率的条件下能获得较大的处理风量,可满足工作面除尘的需要。确定选用除尘效果较好的湿式旋流除尘器。2喷雾降尘技术对于综掘工作面来说,目前现场应用的喷雾降尘技术主要包括转载喷雾和风流净化水幕两种技术措施。2.1雾流的结构常压或者压力较小(<1MPa 时,喷嘴喷出的雾流呈线状连续,其形式如图2(a 所示。而当喷雾压力属于低压(12MPa 时,

10、低压雾滴从喷嘴口射出后分成两个区域,靠近喷嘴处为圆锥形的有效作用区,水流在这一区域内是密集的。离开喷嘴口一段距离后,由于空气阻力等多种因素作用,雾滴运动速度开始减慢,雾滴在重力作用下自由下落,这一区域叫做衰减区。此时的雾滴已无足够的动能与尘粒碰撞凝结,所以在这一区域内的捕尘灭尘效率极低。图2(b 所示为2MPa 压力时低压射流喷雾的状态。用高压射流喷雾(>2MPa 时,从喷嘴喷出的高速水流经过很短的距离就分散成雾滴并在它之后形成一股气流。这股气流具有卷吸作用,能把含尘气流卷吸入雾滴区内。当压力达到6MPa 时就具有较强的卷吸作用,一旦超过10MPa 时卷吸作用就十分强烈。雾滴在射流全长上

11、的运动速度超过了沉降速度,不出现低压喷雾时明显的衰减区。图2(c 所示为高压射流喷雾状态的示意图。2.2不同孔径喷嘴在3MPa 压力下喷雾效果比较喷雾装置的选择在3MPa 压力下,对不同孔径的喷嘴测定了其喷嘴中心线处的雾场粒径分布情况,实验数据分析如下图3、图4所示,喷嘴选用类型为不锈钢材质的锥形喷嘴,实验时,喷嘴1-喷嘴5孔径分别为2.2, 图2不同压力下喷雾示意图 图33M Pa 喷嘴中心线处指标参数示意图 图43M Pa 喷嘴中心线处粒径分布情况图2,1.5,1.3,0.8mm 。由图3可见,在3MPa 的压力下,喷嘴3和喷嘴5所成雾的粒径明显小于喷嘴1和喷嘴2所成雾的粒径。并且喷嘴3和

12、喷嘴5的D90均在200m 左右,这二者的S MD 粒径大致为100m ,粒径相对较小;喷嘴4的各类指标相对喷嘴3和喷嘴5的指标来说有点大,而喷嘴1和喷嘴2的各类衡量指标高于其它三类喷嘴。由图4可知,在3MPa 压力下,喷嘴3的粒径分布曲线比较光滑,并且其小粒径的雾滴(50150m 的雾滴所占的比例相对较大,表明其比较适合用于喷雾降尘,而喷嘴4的粒径分布曲线虽然与喷嘴5的喷雾粒径分布曲线相近,但在60150m 之间的雾滴所占百分比小于喷嘴5在此区间所占的百分比。喷嘴5所成雾的粒径分布曲线在80m 和100m 处存在拐点,曲线有一定的波动。而喷嘴1和喷嘴2的粒径分布曲线虽然也是十分光滑,但从曲线

13、分布情况来看,这两类喷嘴所成的小雾滴的粒径所占累积百分比明显低于喷嘴3和喷嘴5。3应用效果鲍店矿5306综放面是北翼五采区的第六个区段。西邻尚未回采的5305综放面;东邻5307采空区;北起切眼,与5306工作面采空区相邻;南至设计停采线,以采区煤柱为界与一采区的1305工作面(该面尚未回采相邻。现场工业性试验地点选择为5306轨道顺槽掘进工作面,该巷道主要用于5306工作面通风、行人及生产,跟底板掘进,5306轨道顺槽断面形状为矩形,断面面积为14.26m 2或13.33m 2,巷道设计长度为464m ,服务年限为1年。该掘进工作面自2007年3月份开工,2007年5月份竣工。3.15306

14、轨道顺槽掘进工作面粉尘分散度测定粉尘分散度是指各粒径区间的粉尘的数量和质量分布的百分数。我国一般采用数量分布百分数来衡量粉尘分散度。从卫生学角度出发,将粉尘粒子的分散度分为<2m 、25m 、510m 、>10m 4个组分。根据G B5748-85、MT79-84确定测定粉尘分散度的工作地点并采用滤膜计数法测定工作面现场的粉尘分散度。见图5。从图5分析可知,整个5306轨道顺槽掘进工作面而言,现场粉尘的组成中占整个工作面空间粒径百分比数最大的是25m 的粉尘颗粒,其平均值为35.4%;而小粒径颗粒(<2m 所占百分比的平均值为33.8%,仅次于25m 的粉尘颗粒所占的百分比;

15、再次是510m 的粉尘颗粒,其平均值 图55306轨道顺槽掘进工作面防尘设施未开启时粉尘分散度情况为20.5%;最后是大于10m 的粉尘颗粒,其平均值为10.3%。从计算数据可知,小于5m 的粉尘颗粒所占全部颗粒百分比的平均值为69.2%,而诸多研究表明,这部分粉尘又是导致职业病的主要诱因。因此,5306轨道顺槽掘进工作面的粉尘防治工作就必须尽可能的降低这些粉尘(<5m 的浓度,从而保证现场工人的职业安全与健康。因此,在上述实验(喷嘴喷雾雾场粒径分布、现场粉尘分散度情况分析的基础上,选定1.5mm 孔径的不锈钢喷嘴作为转载喷雾和风流净化水幕所用的喷雾降尘用喷嘴,根据实验时所观测的雾场范围

16、,确定这两种喷雾方式的现场布置方式。3.2综合控尘技术应用效果检验工作面现场按照上述防尘设施(设备的布置方式进行了布置,为了验证综合控尘技术在现场的应用效果,对工作面现场的粉尘浓度、通风情况进行了多次测定。根据5306轨顺掘进面粉尘测定数据绘制现场全尘、呼尘对比分析图,如图6、图7所示。 图6掘进面现场防尘设施开启前后全尘浓度对比图从图6、图7可见,采用综合除尘措施,亦即采用挡尘帘装置的同时开启除尘风机,此时工作面现场的降尘效率较高,司机作业处、风筒重合段中部的图7掘进面现场采用综合除尘措施前后呼尘浓度对比图粉尘浓度(全尘和呼尘的沉降效率最高达95.8%。4结论通过现场测定5305综放工作面通风和防尘效果,局部通风方式能够保证供给掘进工作面的风量充足,各项指标满足规程要求;提出的综合防尘技术能够保证煤尘浓度以及瓦斯浓度均在规程要求的范围内,保证了矿井的安全、高效