采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术在新景矿的研究与应用.pdf

2 0 1 2年6月 矿 业 安 全 与 环 保 第3 9卷第3期 采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术 在新景矿的研究与应用 陈玉涛 中煤科工集团重庆研究院， 重庆 4 0 3 9 摘要 针对高瓦斯综放工作面采煤机粉 尘治理 问题 ， 结合新景矿 8 0 2 0 1综放工作面的实际情况， 通 过现场调研 、 实验室试验、 工业性试验等几个 阶段， 对采煤机含尘气流控制及 高压 喷雾降尘工艺技术进 行 了试验研究。采用该技术后 ， 采煤机顺风割煤时， 在煤机 中部及其下风侧 1 0 m处 降尘效率分别达到 8 7 ． 4 ％ ， 8 9 ． 5 ％， 采煤机逆风割煤时， 跟机测得煤机 中部及其 下风侧 1 0 m处 降尘效率分别达到 8 8 ． 7 ％， 8 9 ． 9 ％ ， 降尘效果明显。 关键词 采煤机 ； 含尘气流控制 ； 高压喷雾； 降尘技术 中图分类号 T D 7 1 4 ． 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 1 2 0 3 0 0 3 3 0 3 阳泉煤业 集 团 有限责任公司新景矿 8 0 2 0 1综 放工作面 ， 位于芦北 区北翼 5 2 5 m水平 ， 开采 l 5 煤 层 ， 工作面走 向长度 2 2 8 m， 倾 向长度 2 0 0 m。煤层 厚 5 ． 1 9～ 5 ． 9 7 m， 平均厚 5 ． 5 8 m， 采高 2 ． 5 m， 放顶 煤高度 3 ． 0 8 m， 煤层倾角 2 。～ 7 。 ， 平均 4 。 ， 绝对瓦斯 涌出量 5 4 ． 1 m ／ mi n ， 相对瓦斯涌出量 4 ． 1 m ／ t 。有 效通风断面 1 1 ． 1 7 m ， 工作面配风量 1 4 9 9 m ／ mi n， 工作面使用 MG T Y一 3 0 0 ／ 7 0 0 1 ． 1 D型采煤机 ， 支架 型号 为 Z F S B 4 0 0 0型。 回风 巷 道 净 高 3 ． 0 m， 宽 4 ． 4 m， 锚 网支护。割煤采用机组割一刀煤 ， 放一茬 顶煤 ， 割煤速度控制在 3～ 5 m ／ mi n ， 放煤采用单轮顺 序放煤 ， 每架一次性放完 ， 放煤步距 0 ． 6 m， 放顶煤滞 后移架 1 O～ 2 0架 ， 日循环量 6 ． 4 m。 1 采煤机割煤产尘及分布规律 采煤机割煤是综采工作面的主要产尘源 ， 也是粉 尘治理的难点 J 。采煤机在割煤过程中， 粉尘主要来 自于 煤炭受采煤机滚筒截齿不断挤压 、 破碎 ， 产生大 量粉尘 ， 并在风流作用下 向四周扩散 ； 高位垮落 的煤 炭 ， 受 冲击 、 碰撞作用而产生 的粉尘 ， 尤其是煤壁 片 帮严重的破碎煤层 ， 垮落冲击碰撞时产尘量变得更大。 采煤机 正常作业 时， 由于采煤 机在 工作 面是移 动的， 这就决定了工作面煤尘浓度分布的不均匀性， 工作面任一位置的煤尘浓度， 都将随采煤机的位置 变化而在时间和空间上不断变化。采煤机产尘强度 及其在工作面的分布规律， 与采煤机本身的机械参 数和工作状况有关 ， 如采煤机滚筒截齿结构和数 目、 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 3 ； 2 0 1 2 一 o 4 0 9修订 切割滚筒的转速 、 采 煤机的牵 引速度 、 截深 、 机体上 安置的喷雾装置的降尘效率 ， 以及采煤机是顺 风还 是逆风割煤 的作业方式等。大致分布规律是随距采 煤机割煤产尘点的距离增大 ， 煤尘浓度呈曲线下降 ， 距产尘点 3 0 m以上 时， 煤尘浓度 变化不大 ， 分 布 比 较均匀 。 2 采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术 采煤机割煤时传统的降尘技术及存在的问题 1 利用安装在采煤机截齿上的喷嘴进行低压内 喷雾降尘。由于内喷雾喷嘴安装在煤机截齿上， 受 截割及水质 的影响， 现场使用过程 中常常出现 喷嘴 被堵塞或损坏情况 ， 实际并未起到喷雾降尘作用。 2 煤矿 自制的简易喷雾 降尘器降尘 。自制降尘 器一般安放在滚筒摇臂或机 面上 ， 因设计结构 、 水质 及采用低压喷雾 等局限性 ， 现场使用时基本上 只有 一 条或几条水射流 根据喷嘴个数决定 ， 用水量大 、 雾化效果较差 ， 实际降尘效果不理想 。 针对 目前传统采煤机割煤时所采取的降尘技术 存在的问题 ， 在对采煤工作面尘 源及粉尘运动规律 分析的基础上 ， 结合煤矿井下采煤工艺 ， 采用 了新型 采煤机含尘气流控制喷雾降尘装置 、 高压喷嘴、 喷雾 安装架等降尘设备进行采煤工作面的喷雾降尘 。 2 ． 1 高压喷嘴的性能试验 目前 ， 综放工作面喷雾一般采用低压喷雾 ， 雾粒 的运动速度低 ， 受风流影响 ， 喷雾 的有效射程短 ， 喷 雾还没有到达尘源 就迅速 向下风侧扩散 ， 没有达到 应有 的喷雾降尘效果。因此 ， 必须研究一种新 型高 压喷嘴 ， 使其具有较强的抗风能力 、 足够的有效射程 33 2 0 1 2年 6月 矿 业 安 全 与 环 保 第 3 9卷第3期 及 良好的雾流性能。在对多种喷嘴试验 的基础 上 ， 结合现场实际需要 ， 选择 P Z型和 G型两种高压喷嘴。 为了掌握两种高压喷嘴 的流量 、 雾化角 、 雾粒粒 度 、 有效射程等性能 参数 ， 在实验 室按 MT ／ T 2 4 0 1 9 9 7 煤矿 降尘 用喷嘴通用 技术条件 进 行试 验测 试 ， 结果见表 1～ 4 。 表 1 高压喷嘴流量测试 结果 水压 8 MP a 表 2 高压 喷嘴条件雾化角测试 结果 喷嘴 出口 直 压力／ 各粒级雾粒数占总雾粒数的比 例／ ％ ⋯、 型号 径／ m m M P a 2 0 m 4 l m 6 1 L L m 8 2 m 1 0 2 S S c r i 为最大允许下沉量 ， 在此理解为工 作面处允许 的顶底板移 近量 ， 则需要 更换 支架型 号 ， 增大设计工作阻力 ， 如果 S s 。 ， 此支架仍为安 全支架 。 根据每个单体支架的检测数据 ， 即单体支架法 向力的均值乘以5或单体支架法向力之和， 可以等 效得到液压支架上的支柱压力变化值 ， 见表 4 。 表 4工作 面推进过程中液压支架载荷变化 推进距离／ m 2 O 2 4 4 0 6 0 8 0 压力／ k N 2 5 1 4 4 8 7 3 4 6 1 5 3 2 1 4 推进距离／ m l o 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 压力／ k N 3 4 2 5 3 5 1 0 3 5 2 5 3 6 4 O 3 7 8 3 从表 4中可 以看出 ， 顶板来压时支架工作阻力 最大值 ， 4 8 7 3 k N ， 未超过支架设计的工作阻力， 安全工作阻力 F F 4 8 7 3 x 1 ． 7 5 8 5 2 7 ． 7 5 k N， 其 中I厂 是安全系数。现场采用的液压支架 的工作阻 力为 8 6 0 0 k N， 满足支护载荷的要求 。 5 结语 1 利用通用离散元软件 U D E C进行工作面推进 过程的模拟 ， 得到顶板初次来压步距和周期来压 步 距 ， 模拟结果与实际情况 比较相符。 2 在模型顶板位置设 置观测线 ， 可以得到顶板 支承压力的分布情况。根 据检测数据进行压实 区、 支柱作用 区、 压力增强 区、 稳定压力区的范围确定。 3 模拟结果表明 ， 现场采用的液压 支架 的工作 阻力可以满足支护载荷的要求 ， 所选架型合理 。 参考 文献 [ 1 ]王泳嘉， 邢纪波． 离散单元法及其在岩土力学中的应用 [ M] ． 沈阳 东北工学院出版社， 1 9 9 1 ． [ 2 ]钱鸣高， 缪协兴， 许家林， 等． 岩层控制 的关键层理论 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 0 ． [ 3 ]刘佑荣， 唐明辉． 岩体力学[ M] ． 武汉 中国地质大学出 版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ]任强， 刘伟韬． 覆岩采动裂隙带发育规律 的数值模拟分 析[ J ] ．安全与环境学报， 2 0 0 6 S 1 7 5 7 8 ． [ 5 ]闰少宏，富强．综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应 用 [ M] ．北京 煤 炭工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 6 ]尹增德．采动覆岩破坏特征及其应用研究[ D] ． 青岛 山东科 技大学 ， 2 0 0 7 ． 责任编辑 卫 蓉 上接第 3 5页 [ 3 ]夏紧．“ 三软” 煤层综采工作面捕尘技术研究及应用 [ c ] ／ ／何国家， 张瑞玺．第六届全国煤炭工业生产一线 青年技术创新文集， 2 0 1 1 ． [ 4 ]王涛， 张小涛， 程子华， 等． 高瓦斯松软煤层综采工作面粉 尘综合防治[ J ] ．矿业安全与环保， 2 0 0 9 ， 3 6 4 6 3 6 4 ． [ 5 ]胡千庭， 黄声树． 煤矿安全应用技术[ M] ． 徐州 中国矿 业大学出版社， 2 0 1 1 ． 责任编辑 吴 自立 3 9