煤矿巷道掘进粉尘的监测与治理

煤矿巷道掘进粉尘的监测与治理

0影响矿井安全生产在所有煤矿生产过程中，都会产生大量的煤灰尘和岩尘，统称为灰尘。如炮式采掘、机械采掘、综合采掘、打眼放炮、锚喷、装运、选煤等工序,均可产生大量的粉尘,工人长期在高煤尘质量浓度的环境中作业,吸入呼吸性煤尘可引起尘肺,严重危害着煤矿工人的身体健康;如果矿井煤尘具有可燃爆炸危险,当井巷沉积大量的煤尘时,达到一定条件可能引起煤尘爆炸,给矿井安全生产带来很大威胁;特别是随着煤矿机械化程度不断的提高,将会产生大量的煤尘或岩尘,因此,必须采取有效的综合降尘和防尘措施加以控制。1煤-半煤岩巷掘进机-煤山西兰花集团莒山煤矿有限公司属低瓦斯矿井,井田内的主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组,可采煤层分别为3,9,15号煤层,均属无烟煤。目前主要开采3,9号煤层,3号煤开采回收下分层厚度2.1～2.6m,9号煤层厚度0.77～1.90m,平均1.37m,煤层较稳定,结构简单,掘进巷道是煤或半煤岩。由于其煤层赋存、煤质特征、开采工艺、运输方式和断面要求等多方因素的综合影响,综掘工作面的各个生产工序都会产生大量粉尘,有的破碎后呈粉状,易飞扬。粉尘弥漫巷道,威胁着操作人员的人身安全。必须采取有效的措施,控制粉尘的产生、扩散和飞扬,降低巷道风流中的粉尘质量浓度。在普遍调研、分析和论证的基础上,掘进设备选用煤炭科学研究总院太原分院的EBJ-120TP型掘进机。该机机身矮,结构紧凑,可靠性高,是适用于煤及半煤岩巷、中等断面巷道掘进的一种中型悬臂式半煤岩巷掘进机。综掘工作面的主要尘源是掘进机截割头截割煤岩、装载运输、打眼支护等环节,因此依据《煤矿井下粉尘综合防治技术规范(AQ1020-2006)》,采取的主要设计措施是采用掘进机高压喷雾、巷道内风流净化和煤层注水方法进行降尘,利用除尘器并结合长压短抽混合式通风系统进行除尘,以及个人防护的综合措施,改善现场工作环境。2技术废物预防2.1浇注孔封孔工艺煤层注水作用原理是通过钻孔将压力水和水溶液注入煤体,增加水分,以改变煤的物理力学性质,可减少煤尘的产生,湿润煤体的原生煤尘,使其有效地包裹煤体的每个细小部分,当煤体在开采破碎时避免细粒煤尘的飞扬。根据煤层的可注性,选择合理的煤层注水孔布置方式、参数、注水压力、注水工艺、注水装备,是保证煤层注水效果抑制粉尘分扬的有效途径。通过现场试验,采用顺煤层层理钻孔施工技术,煤层注水效果较好;注水压力范围10～15MPa,12MPa为最合适。水压在12MPa时水的润湿半径达2～3m,因此2400mm×4000mm全断面采用布置2～3个注水孔,要保证一定量的润湿面积,注水孔深度必须>2m,长度选定为8m,孔径ϕ89mm,钻孔位于巷道的中央,钻孔沿煤层方向打设。利用ϕ38mm×2000mm的封孔器封孔,液压泵为高压管路供水。注水工艺融合在掘进面生产工艺之中,当掘进机割煤作业完成并超前支护好顶板以后,先打好注水孔,完成煤体注水需30～40min或迎头煤壁出现渗水,取出封孔器。每掘进8m重复上述注水工艺。2.2煤尘降尘系统高压系统喷雾洒水是借助喷雾装置使水成雾状喷出对粉尘捕获下沉或利用水流喷洒煤堆、岩堆湿润沉积在表面的粉尘,使之不易飞扬,因此提高喷雾质量是提高综合防尘效果的关键。掘进机采用高压喷雾降尘技术,高压喷雾系统具有高效降尘、操作维护简单、系统性能稳定可靠、耗水量低(仅为一般喷雾的1/3)的特点。系统由自控水箱、过滤器、高压泵(机载)、高压管路、高压引射喷雾降尘装置及控制部分组成。主要技术指标:喷雾压力8～20MPa,喷雾流量30～120L/min,总粉尘降尘效率≥75%,呼吸性粉尘降尘效率≥65%。净化水幕:用一个高效专用高压喷嘴产生的雾能封闭断面积达8m2的巷道长3m以上,断面积8m2以上的巷道可采用8个喷嘴组成一道净化水幕实现全封闭,主要技术指标:耗水量<25L/min,降尘效率≥95%,雾粒直径≤100μm。在距工作面20m处,安装了1组净化水幕,每组水幕包括2道净化水幕,2个净化水幕由1个声控型电磁阀控制,洒水延时600～1200s。割煤时,水幕自动打开,进行洒水降尘,粉尘经过第一道组合水幕后,绝大部分的煤尘得到有效控制。同样的方法,在除尘风机出风口外2～3m处和距回风口30m处,安设1组同样的组合风流净化水幕。经过这2组水幕后,90%以上的煤尘得到捕获。2.3煤基除尘系统喷雾降尘对飘尘捕获不尽理想,采用捕尘效率高的除尘风机对含尘空气抽尘净化就显得很必要。经考察分析并确定了综掘工作面采用长压短抽的局部通风方式除尘器除尘系统,合理选用与掘进机配套。除尘系统采用煤科总院重庆分院生产的KCS-250型矿用湿式过滤旋流除尘器,该机特别适用于掘进机掘进巷道时的粉尘治理。采用抽出式单机斜流式风机,并与脱水装置设计为一体,具有高负压、高安全性、高效除尘、脱水及调节风量的特点。主要技术指标:处理风量180～250m3/min;除尘系统阻力900～1450Pa,总除尘效率≥99%,呼吸性粉尘除尘效率≥90%;除尘器脱水效率≥95%,耗水量<20L/min;工作噪声≤85dB。2.3.1电动的布置结构除尘器主要由过滤除尘段、配套风机、旋流脱水段等三部分组成(如图1所示)。除尘器配套风机采用铜质叶片,避免产生机械摩擦火花;采用电动机内置结构,使电动机置于新鲜风流中,保证电动机的安全运行。含尘气流在配套风机的引导下进入除尘器,首先在过滤除尘段的水雾作用下,使其中的粉尘颗粒湿润,在经过过滤网时较大颗粒的粉尘被阻挡下来,湿润的含尘气流接着进入旋流脱水段,在高速旋转离心力作用下使粉尘和空气分离,粉尘与水所形成的泥浆流入污水箱排出,净化后的干净空气排至巷道中。2.3.2压入式供风系统除尘器可以安装在掘进机上,也可以安装在转载机的后方,或者采用单轨吊吊挂在巷道的顶部。除尘器吸尘口通过负压风筒接至距工作面迎头2～3m范围内。除尘器前后所接吸尘罩和风筒的总长度不得超过30m,并保证运行过程中风筒断面积≥0.19m2,将进气口(或吸尘罩)固定在掘进机摇臂上,随摇臂移动。除尘器安装后其倾角不得超过8°,且须固定牢靠,与压入式供风系统形成长压短抽通风除尘系统(见图2)。为了提高除尘器的收尘效率和除尘效率,压入式供风系统中风筒的末端须加入控尘装置,其安装布置方式见图2(图中S为机掘工作面巷道断面积,Q为除尘器最大处理风量)。除尘器固定好之后,按要求接通水源、电源,供水管路应设置水质过滤器,供水压力应在0.3MPa以上。2.3.3压入式风筒距迎头的距离一般情况下,Qy=(1.2～1.3)Qch。主要是保证压入式和抽出式重合段内有风流流动和不产生循环风;但随着掘进距离的增长,Qch数值不变,而Qy数值减小。压入式风筒口距工作面距离太小,则工作面粉尘会被风流带出至巷道中;距离过大,则排尘风速小,形不成压抽气流,这两种情况都不利于除尘。压入式风筒距迎头的距离要求:正常情况下,压入式风筒距迎头的距离稍大于风筒的有效射程时,除尘效果较好,根据生产实践:Ly≤5S√Ly≤5S。巷道净断面积9.6m2,Ly最大值为15.5m,一般取10～15m。抽出式风筒距迎头的距离:Lch≤1.5S√Lch≤1.5S,净断面9.6m2,Lch最大值为4.7m,一般取3m。除尘风筒与压入式风筒的重合段距离一般情况下,Lc≥2S√Lc≥2S。净断面9.6m2,重合段长度要大于6.2m。在进行安装时,考虑到掘进机的实际情况,上述参数确定如下:Ly=11m;Lch=3m;Lc=8m。因此,选型配套局部通风机型号为FBDNo6.0系列2×18.5kW对旋式风机,ϕ600mm的风筒供风,供风量为320～400m3/min,负压为1400～4800Pa。3不同安装的环保措施3.1除尘器及过滤器的维护在掘进机作业时,必须使用内外高压喷雾和除尘器系统。喷雾、洒水、捕尘设备应指定专人管理和维护,不得任意拆除,确保喷雾洒水装置和捕尘器的完好性和正常工作。(1)喷雾供水应保持洁净,避免发生喷嘴堵塞;综合防尘管路压力不得低于3.0MPa,支路上增加使用了“水质过滤装置”,使水质得到保证,有效地解决净化水幕喷头的堵塞问题。(2)除尘器的使用操作必须符合《煤矿安全规程》的相关规定,并指定专人进行操作。除尘器应设专人保养,做到定期检查和维护。①开机:打开除尘器进水接口处的阀门,在除尘器处于喷雾状态下,接通电源,启动除尘器。②停机:先断开电源,再关闭除尘器进水阀门,则除尘器处于停机状态。③过滤网及喷嘴的检查和清洗每班进行1次。在除尘器处于停机状态下,检查过滤网是否有破损现象,如有破损应及时更换;若发现喷嘴堵塞,必须清洗干净。④污水箱的维护每天进行1次。在除尘器处于停机状态下,将水箱里的污水排净,清除污泥。3.2煤尘产生量采用湿式液压钻机打眼,减少了打眼过程中的煤尘产生量。干式打眼时配套使用GKC-1型干式孔口捕尘器方法,捕尘效率高,安全可靠,使用灵活方便。3.3创建内风净化水幕在进行锚喷作业时采用除尘器抽尘净化。除尘器安装在喷射机的后方,随喷射机移动而移动。吸尘罩用小链吊挂于巷道顶帮的锚杆上,迎着巷道风流方向安设,距上料口2～3m,通过负压风筒与除尘器相连接。除尘器前后所接吸尘罩和风筒的总长度不得超过30m,保证运行过程中风筒断面积不小于0.28m2。作业地点下风流方向100m内应设置二道以上风流净化水幕;混合石料下井前要洒水预湿。3.4自动喷雾降尘装载点落差宜≤0.5m,若超过0.5m则必须安装溜槽和导向板。下风侧20m内必须设置风流净化水幕。在运输巷道和各转载点等定点尘源安装ZP-1型自动喷雾降尘装置。设备启动时,喷雾就开始依据设备运转的快慢,进行洒水降尘。当喷雾出现故障时,设备也就不能启动,实现了设备运转与喷雾、洒水一体化。同时,根据各点的不同情况优化了喷头的高度、倾斜角度与喷头数量等参数,提高了喷雾降尘效果。4呼吸性粉尘检测作业人员必须佩戴个体防护用具,有自吸式防尘口罩、过滤式送风防尘口罩等。定期进行拍片普查,对患尘肺病疑似者按规定及时调离生产一线,并进一步检查进行治疗。同时定期呼吸性粉尘的检测,利用AZF-01型呼吸性粉尘采样器和CCGZ-1000型直读式测尘仪,能准确、及时地反映不同作业场所中粉尘的质量浓度和分散度,为正确评价作业场所的卫生环境提供可靠数据。坚持按规定对井下有关地点进行测尘。发现超限,及时分析原因,采取措施,加以解决,创造良好的作业环境。5创新由空气中产