矿尘无尘化开采技术研究与应用

1、,汇报人：王建东 申报单位：陕西陕煤黄陵矿业公司,矿井无尘化开采技术研究与集成应用 成果报告,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,汇报提纲,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,1、职业病危害：粉尘危害是最为严重煤矿职业危害，自2001年以来，尘肺病新病例以每年700010000人的速度增加，尘肺病新病例占职业病报告总例数的比例均在75.0%以上，其中，2011年最高达88.36%。我国煤矿受粉尘危害所引发尘肺及矽肺总数整体呈现逐年上升的趋势，同时发病工龄有缩短的趋势。2010年-2014年，煤炭行业每年新增尘肺病超过13000人，平均每年14327人，是2001

2、年-2010年的2.7倍；其中，2013年煤工尘肺及矽肺占新发尘肺病比例达到95.24%，为近年来最高值。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,2、煤尘爆炸：高浓度煤尘不仅引发工人患尘肺疾病外，同时也是煤矿安全生产的重大隐患，造成煤尘爆炸，导致重大煤矿安全生产事故。由于煤尘的粒径较小，使其表面自由能增大，从而提高了其化学活性和氧化生热能力。当氧化反应产生的热量不能及时散发，在高温热源的作用下，就会促使反应自动加速，最终导致煤尘燃烧甚至爆炸。 近年来，山西、山东等地还先后发生多起煤尘和瓦斯爆炸事故，造成了不同程度的伤亡和经济损失。,陕西陕煤黄陵矿业有限公

3、司,诚信敬业 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,立项的必要性：陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿作为现代化国有大型煤矿，采取了严格的安全和防护措施，保证煤矿安全高效与绿色开采。但由于综合机械化开采，生产能力较大、推进速度较快，掘进工作面的粉尘危害日益凸出。同时因黄陵煤的挥发分较高，煤尘具有燃烧和爆炸性，高浓度粉尘给矿井安全生产带来了潜在的巨大威胁；掘进工作面的高浓度粉尘降低了可视范围，也在一定程度上影响矿工的情绪，造成劳动生产率下降；矿工长期接触高浓度粉尘，严重危害其身体健康。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,近年来，黄陵一号煤矿在掘进工作面

4、粉尘防治方面先后采取多种措施，如掘进机内外喷雾、净化水幕、转载点喷雾、除尘器除尘等方式，取得了一定的效果。但是由于高强度机械化开采，掘进工作面矿工的粉尘接触浓度仍然较高。初步调查可知：黄陵一号煤矿实施综合机械化开采，井下工作面的粉尘浓度较高。1003回风顺槽掘进机司机位置粉尘浓度高达1255 mg/m，机尾5m位置1750 mg/m，621回风顺槽掘进机尾5m位置可达1570 mg/m，平均1257 mg/m，远远超过国家的相关标准。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,为此在2014年末的职代会上，职工提出要提升掘进工作面粉尘治理水平，为此黄陵矿业公司积极寻求成熟的掘进工作面粉尘治理技术。2015年3

5、月24日，黄陵矿业公司一行人到山西中煤华晋能源有限公司王家岭矿对矿井综合防尘进行了考察调研，考察了309回风综掘面，由中煤科工集团重庆研究院设计的综合防尘系统，总粉尘浓度可从20003000mg/m3降至50 mg/m3以内，降尘效率95%以上，降尘效果显著。,诚信敬业 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,为了提升综掘工作面粉尘治理水平，旨在解决综掘工作面粉尘危害，切实维护广大职工的身心健康，黄陵一号煤矿联合中煤科工集团重庆研究院有限公司进行了“矿井无尘化开采技术研究与集成应用项目”，先在一号煤矿的综掘工作面进行试验，通过现场实际效果，以实现推广应用。,诚信敬业

6、 追求卓越,第一部分 项目立项背景及必要性,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,研究的主要内容： 本项目在充分分析黄陵一号煤矿综掘工作面粉尘现状的基础上，有针对性地分析了其现有防降尘特点，提出了最佳的技术方案，并开展了抽尘系统的设计、除尘器性能的实验室试验、抽尘系统的阻力测试、吸尘罩风量分配的研究、现场工艺配套与技术研究、粉尘运移规律进行研究及效果考察等工作。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,技术路线：,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,高效控除尘系统设计 对于综掘工作面，后部新鲜风流和

7、前部含尘气流之间存在相互作用关系，当工作面正常作业时，新鲜风流向前方煤壁运动，割煤产尘与新鲜风流混合后在煤壁阻挡作用下向后移动，工作面前部区域存在新鲜风流与含尘气流相互作用面，该作用面就是控制粉尘向外扩散的临界面（控尘面），为了保证控尘面始终位于综掘机司机前部，可通,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,过调节轴向出风口和径向出风口与工作面煤壁之间的距离，控制控尘面的位置，保证司机位置处于新鲜分流中，使得控尘区域保持在司机前方，同时控尘面位于吸尘罩罩口后方，所有吸风口均位于控尘区域内，以免吸风口吸走新鲜风流，影响除尘器除尘效果，控风控尘原理如下图所示。,陕西陕煤

8、黄陵矿业有限公司,控风控尘示意图,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,高效控除尘系统主要由抽尘系统、除尘器及控风系统组成。除尘器的单独使用已经被证明效果有限，必须加入抽尘系统与控风系统。此次设计的关键是设计合理的抽尘系统。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,抽尘系统的设计 抽尘系统包括集尘装置、负压风筒、支撑架及各连接罩。为了保证现场正常使用，各转载位置必须使用骨架风筒，如掘进机机尾与桥式转载机连接位置、桥式转载机与皮带转载位置。抽尘系统的设计原则是：（1）现场适用，对生产影响小；（2）系统通风阻力最小。,诚信敬业 追求卓越

9、,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,集尘装置 依据集尘装置应尽量靠近尘源点的原则，将集尘装置布置于掘进机机身上。正常掘进时，机面与超前支架横梁的最下沿距离不大于0.5m，为保证集尘装置在现场的正常安装配套与使用，考虑巷道高度随地质的变化，设计集尘装置高度为0.3m。同时，由于供风风筒处于巷道左帮，掘进机右帮位置为主要回风流，必须设计1个吸尘罩。依据“立体式”布置吸尘罩的原则，在摇臂两侧各布置1个吸尘罩。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,掘进机集尘装置的工艺配套图,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,据此设计

10、主吸尘罩1个，布置于掘进机机身右侧；副吸尘罩2个，分别布置于摇臂两侧。集尘装置由主吸尘罩1个、副吸尘罩2个、风流分配装置、连接用骨架风筒、变接头等组成，主副吸尘罩如图。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,负压风筒：集尘装置与除尘器间设计采用负压风筒连接，为减少现场生产影响，负压风筒设计布置在二运桥架上方，采用固定在桥架上的风筒支撑架支撑，风筒下垫废旧皮带以保护风筒。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,支撑架：二运桥架的宽度为1.1 m，为减少抽尘系统对现场打锚索、锚杆等影响，支撑架宽度设计与二运桥架等宽。在实际生产中，二运

11、桥架跟随掘进机左右摆动，为保证人员安全，将支撑架围挡杆高度设计为300 mm，实际距皮带高度约350 mm。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,除尘器选型 处理风量：621回风顺槽综掘面设计供风量要求不低于400 m/min，选用的DBKJNO-7.1/230-对旋式局部通风机，供风量为400550m/min。实际工作面内风量为400450 m/min。按最大实际风量450 m/min计算，除尘器的处理风量为： 45080%=360 m/min,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,抽尘系统通风阻力测定 由于抽尘系统比较复杂，

12、计算通风阻力不够准确。在实验室先后用KCS-450和KCS-550型除尘器进行实验室试验，由此测得的系统风量均在不对应的性能曲线正常工作范围。最后通过KCS-550型除尘器的配套风机对抽尘系统进行测试，测试结果得：系统处理风量为361 m/min时，风机进口静压为1720 Pa。除尘器本身阻力约为1200 Pa，则当除尘风机处理风量为360 m/min时，需克服的系统通风阻力为2920 Pa。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,除尘器的确定 除尘器选用222kW对旋风机作为动力部分，配套KCS-450型除尘器的除尘脱水段使用，如图所示。,诚信敬业 追求卓越,

13、第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,除尘器性能参数 额定风量：360400m/min； 脱水效率：97%； 总粉尘除尘效率：98%； 呼吸性粉尘除尘效率：90%； 工作噪声：85dB（A）； 电机电压：660V/1140V。,诚信敬业 追求卓越,第二部分 项目主要内容,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第三部分 创新点,在该项目的实施过程中，进行了抽尘系统的实验室系统测试，选取了合适的除尘风机，形成如下创新： （1）形成了一套适合于黄陵一号煤矿621回风顺槽掘进工作面及相似条件的高效控除尘系统。整个系统运行可靠，使用方便，耐用，较原有系统不增加其他工作量，工作面304

14、0m范围内作业区域能见度得到很大提高，视野清晰，能取得了90%以上的降尘效果，粉尘浓度控制在50 mg/m3以内，与之前相比极大改善了工作面的劳动卫生条件。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第三部分 创新点,（2）创新地应用了橡胶伸缩软管，其由阻燃内胶层、帘子线增强层、钢丝骨架附导静电钢丝、中胶层、空子线增强层及阻燃外胶层组成。满足现场耐磨、可弯曲、强度高的要求。 （3）配套用除尘器具有噪声小（85dB（A）、除尘效率高，负压高等显著特点，除尘器与掘进机的配套方式合理，可随机联动，受到一线职工的认可。 （4）附壁风筒配套临时风筒使用，不增加工作劳动强度，方便了现场使用。,陕西陕煤

15、黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第四部分 经济效益和社会效益,直接经济效益： 1综掘工作面综合防尘系统建设以来，因工作面粉尘浓度的降低导致尘肺疾病发病率下降而节省的开支。一号煤矿矿井煤炭产量为600万吨，由此可以得出矿井每年尘肺疾病病例数大约在26人，按照采掘工作面作业人数按比例分配，掘进工作面尘肺病人数约为14人。按照相关规定，每年的养护治疗费用为44676元/年/人。因此，黄陵一号煤矿实施综掘工作面综合防尘技术后，因为降低工作面粉尘浓度导致尘肺疾病发病率下降，每年可以节省尘肺病人治疗和养护费用大约62万元，相当于创造相同数量的经济效益。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,

16、第四部分 经济效益和社会效益,直接经济效益： 2、实施矿井无尘化开采技术研究与集成应用项目，通过有效降低工作面的高浓度粉尘，可以降低设备磨损，提高设备使用寿命，相应降低矿井设备的维护和购置费用。按目前我国开采吨煤设备磨损折合人民币2.15元/吨煤计算，黄陵一号煤矿实施综掘面综合防尘技术，全矿井每年可以节省人民币6002.15=1290万元，按比例分配到掘进工作面则约为280万，相当于创造相同数量的经济效益。 因此，每年创造的直接经济效益合人民币62+280=342万元。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第四部分 经济效益和社会效益,间接经济效益： 开展矿井无尘化开采技术研究与集成

17、应用项目，因为节约喷雾降尘用水而将使掘进面原煤的水分降低大约0.1%，煤的发热量由此提高大约20kC，售价相应提高大约0.851元/t，按黄陵一号煤矿掘进面目前的年产量约28万t计算，每年可以提高煤炭售价大约25万元，相当于创造相应的经济效益。 经济效益总和： 因此，黄陵一号煤矿实施综掘面综合防尘技术后，每年创造的经济效益总和为：342+25=367万元,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第四部分 经济效益和社会效益,社会效益： （一）环境与安全效益 实施矿井无尘化开采技术研究与集成应用项目，可以有效降低井下综掘工作面粉（煤）尘浓度，提高井下工作面能见度，明显改善煤矿作业条件和环境

18、，有助于推动矿井无尘化作业；可以有效降低井下工作面的呼吸性粉尘浓度，这无疑将大大降低职工患尘肺和矽肺疾病的机率，改善职工的职业健康保障水平；有效降低掘进工作面呼吸性粉尘浓度，降低了井下空气中的悬浮粉尘浓度，无疑将大大降低煤尘爆炸危险，从而明显改善矿井安全生产条件，提升煤矿安全生产技术水平，保障矿工的安全生产状况。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第四部分 经济效益和社会效益,（二）社会效益 1，实施矿井无尘化开采技术研究与集成应用项目，在矿井综掘工作面进行示范应用，将为陕西煤业化工集团下属煤矿乃至陕西和全国煤炭行业进行掘进工作面高效降尘提供有益借鉴，推动矿井防尘技术进步，改善煤矿安全状况和煤炭企业的形象。 2，有效治理井下工作面粉尘，将有效降低煤矿通过排风排向大气中的粉尘尤其是细粉尘，降低大气PM2.5浓度。同时，对于保持黄陵周边清洁大气环境，具有特殊重要意义，进一步将有力推动陕西乃至全国大气污染防治行动计划的顺利实施。,陕西陕煤黄陵矿业有限公司,诚信敬业 追求卓越,第五部分 推广应用前景,2015年一号煤矿与中煤重庆研究院合作开展了矿井无尘化开采技术研究与集成应用项目，在系统研究黄陵一号煤矿粉尘治理现状的基础上，结合现有掘进工作面防降尘技术，配合实验室试验及数值模拟研究，设计了一套适合黄陵一号煤矿综掘工作