晶鑫煤业3218 综采工作面粉尘防治技术研究与应用_王晋波.pdf

板下沉量控制在 0.12m 以下， 支架初撑力、 工作阻力 提高至 89以上， 大大提高了支架支护效果， 保证了 工作面安全高效回采。 参考文献 [1] 索增山. 综采工作面安全快速高效过陷落柱技术实践分 析[J].当代化工研究， 209 （09） 40- 41 [2] 任文永.椭圆形陷落柱对综采工作面推进的影响[J].煤矿 安全， 2019 （08） 217- 220 [3] 任增浩. 马兰矿 12513 综采工作面过陷落柱方法探究[J]. 水力采煤与管道运输， 2019 （01） 88- 89 [4] 王涛.王庄煤矿综采工作面过陷落柱技术[J].矿业工程研 究.2018 （04） 7- 11 [5] 郝文琦. 综采工作面过陷落柱安全回采技术措施研究[J]. 山东煤炭科技.2018 （07） 7- 811 作者简介 王建中 （1979-） ， 男， 山西高平神农人， 2017 年 6 月毕业 于中国矿业大学矿业工程专业， 工程硕士， 工程师， 现就职于 山西高平科兴申家庄煤业有限公司， 从事煤矿安全生产管理 工作。 （收稿日期 2019- 11- 1） 晶鑫煤业 3218 综采工作面粉尘防治技术研究与应用 王 晋 波 （山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司 ，山西 晋城 048100 ） 摘要 为有效治理 3218 工作面回采期间的粉尘， 采用理论分析的方式具体进行喷雾洒水系统的机 理进行分析， 确定工作面采用高压喷雾洒水系统进行防尘， 基于工作面具体特征， 进行采煤机身喷雾 除尘系统、 滚筒喷雾除尘系统和液压支架喷雾除尘系统设计， 确定喷雾水压为 6～7MPa， 采煤机身喷嘴 间距 500mm， 喷角 35， 采煤机滚筒采用三级水幕， 并在每台液压支架上安设喷嘴； 在工作面采用喷 雾洒水系统前后分别进行粉尘浓度测试， 以验证喷雾洒水系统效果。结果表明 3218 工作面采用高压 喷雾洒水系统后， 降尘率达到 65.4， 降尘效果显著， 优化了工作面回采作业环境。 关键词 粉尘浓度； 喷雾系统； 降尘措施； 效果分析 中图分类号 TD714文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0108- 03 Research and Application ofFlour Dust Control Technologyin Jingxin Coal Industry 3218 Comprehensive MiningWork WANG Jinbo （Shanxi YangchengYangtai Group Jingxin Coal IndustryCo. LTD ， Jincheng 048100 ， China ） Abstract In order to effectively control the dust during the recovery of the 3218 working face, the mechanism of the spray sprinkler system was analyzed using theoretical analysis, and the working face was determined to be dust- proof by the high- pressure spray sprinkler system. Based on the specific characteristics of the working face, the coal body spray was sprayed. Design of dust removal system, drum spray dust removal system and hydraulic support spray dust removal system, confirm the spray water pressure is 6 ～ 7MPa, the distance between the nozzles of the coal mining fuselage is 500mm, the spray angle is 35 , the shearer drum adopts a three- stage water curtain, and Nozzles are installed on the hydraulic support of the plat; the dust concentration test is pered before and after the spray sprinkler system is used on the working face to verify the effect of the spray sprinkler system. The results show that the high- pressure spray sprinkler system of the 3218 workingface has a dust reduction rate of65.4. The dust- reducingeffect is remarkable, and the workingenvironment ofthe miningface is optimized. Key words Dust concentration ; spraysystem; dust reduction measures ; effect analysis 1工程概况 山西阳城阳泰集团晶鑫煤业 3218 工作面井下 位于井田西南部， 北面为工作面煤体， 南面为矿界 保安煤柱，东面为 3216 工作面，西面为 3220 工作 面， 工作面倾斜长度为 131m， 走向长度 749m，开采 3 煤层平均厚度为 5.65m， 煤层结构简单， 一般含 0～2 层矸石， 矸石厚 0.07～0.55m， 矸石为粉砂质泥 岩或泥岩矸石， 呈细条带状结构。煤层直接顶为平 均厚度 8.02m 细砂岩， 基本顶为平均厚度为 27.81m 的粗砂岩， 直接底为泥岩， 直接底平均厚度 2.36m。 工作面采用综采放顶煤采煤方法， 采煤机割煤高度 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 108 ChaoXing 为 2.20m， 放顶煤高度为 3.45m， 采放比为 11.57， 工 作面巷道采用一进一回 “U” 型通风系统。 根据矿井地质资料可知， 3 煤层为低灰～中 灰、 特低硫、 特高热值无烟煤， 煤层无煤尘爆炸性， 但由于工作面采用综放开采， 工作面回采过程中会 产生大量的粉尘， 现为降低回采期间的粉尘， 优化 回采作业环境， 特进行粉尘防治技术分析。 2喷雾洒水防尘机理 采煤工作面的粉尘主要来源于采煤机割煤作业 时， 采煤机的持续割煤作业在工作面区域形成了移动 的粉尘产生源头，故为若要控制工作面内的粉尘含 量， 需对采煤机割煤作业时的粉尘进行有效防止。工 作面回采过程中的产生的粉尘，一般其粒径均在 0.3μm以下， 在风流作用下粉尘会很容易被带走， 被 风流吹起的粉尘呈布朗运动， 由于粉尘自身的质量和 粒径均较小， 故其具有很强的扩散能力， 但粉尘在风 流运动中会很容易与其他的物体相碰撞而沉降， 粉尘 惯性碰撞原理如图 1 （a ） 所示， 图中 （b ） 为质量为 m的 粒子偏离流线后与液滴发生碰撞的最远轨迹。 若含尘 气流中存在着一液滴， 气流线会在也低的位置处发生 偏移， 气流中的粉尘由于密度较大， 其在运动惯性的 作用下便会朝着液滴 （捕集体 ） 方面移动， 粉尘中所有 质量不小于 m颗粒均会与液滴之间发生碰撞而被液 滴捕捉[1-2]， 具体液滴捕尘机理如图 1 所示。 （a）粉尘惯性碰撞（b）液滴捕尘 图 1粉尘惯性碰撞和液滴捕尘机理示意图 回采工作面喷雾洒水技术是通过洒水将粉尘 与水雾颗粒间出现凝结而发生沉降， 因此水雾喷洒 的除尘效果主要取决于粉尘颗粒与水雾颗粒间的 凝结效率。当仅采用移动速度恒定、 不带电的水雾 颗粒进行捕尘时，其对直径 10μm 的粉尘具有较 高的捕尘效率，但其对颗粒为直径 10μm 的粉尘 捕尘效率较低，即对呼吸性粉尘的降尘效率较低； 当采用带电的水雾颗粒进行降尘时， 由于静电对尘 粒静电的吸引， 能够使得水雾颗粒的集尘效率得到 有效的改善。 根据相关研究表明[3- 4]， 通过提高单颗粒水雾 的带电量能够显著的提高其捕尘效率， 水雾电荷比 与注水压力之间的关系曲线如图 2 所示， 从图 2 中 能够看出， 在喷雾水压力在 10MPa 的范围内， 电荷 数会随着喷雾水压力的增大而逐渐增大， 基于此可 知采用提高喷雾水压力的方式能够提高水雾电荷 比， 进而提高喷雾洒水的降尘效率。 基于上述分析， 结合 3218 工作面特征， 确定工 作面采用高压喷雾洒水系统进行防尘， 设置喷雾水 压力为 6～7MPa。 图 2不同喷雾压力下电荷密度曲线图 3防尘方案与效果 3.1喷雾除尘系统 本次 3218 工作面喷雾除尘系统主要包括滚筒 采煤机机身喷雾除尘系统、 滚筒喷雾除尘系统和液 压支架喷雾除尘系统。具体各个系统的参数如下 1）采煤机身喷雾除尘系统。 采煤机喷雾系统的主要作用为在割煤作业前， 通过喷雾洒水对煤壁进行预先湿润， 以此在粉尘的 源头位置对粉尘的产生进行抑制， 3218 工作面采煤 机身的处安设高压电介雾化喷嘴， 设置喷雾压力为 6～7MPa，喷嘴间距 500mm，喷雾系统的喷角为 35， 喷雾系统在该间距和喷角下能够覆盖整体采 煤机， 具体采煤机喷雾系统如图 3 所示。 图 3采煤机喷雾系统示意图 2）滚筒喷雾除尘系统。 本次滚筒处安设三级水幕， 通过三级喷雾系统 对粉尘进行拦截和润湿， 设置喷水压力为 6～7MPa， 以充分使得空气中的粉尘与水滴进行接触， 进而使 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 109 ChaoXing 得湿润后的粉尘与其余的粉尘相接触， 逐渐形成粉 尘颗粒团，最终使得粉尘在重力中的作用下沉淀， 具体三级水幕和喷嘴效果如图 4 所示。 图 4三级水幕和高压喷水示意图 通过采煤机滚筒上的安设粉尘浓度传感器， 设 置在采煤机割煤作业时若粉尘浓度超过 2mg/m3时， 便自动启动一级喷涂防尘喷嘴，当粉尘浓度超过 3mg/m3时， 在一级喷嘴运行的情况下， 启动二级除 尘喷嘴， 以此形成二级防尘水幕， 当采煤机作业时， 粉尘浓度大于 4mg/m3时， 设置自动启动三级喷雾系 统， 形成三级防尘水幕， 若通过喷雾系统将粉尘浓 度降低至 2mg/m3以下时， 便自动关闭一二三级除尘 喷嘴。 3）液压支架喷雾除尘系统。 工作面采煤机割煤作业后， 存在一部分割煤作 业产生的粉尘会随着风流传播至回采工作面作业 位置处， 现为治理该部分区域的粉尘， 通过在液压 支架的铰接梁和前探梁处安设喷嘴， 设置每天液压 支架均安设高压喷嘴， 即设置液压支架处喷嘴的间 距为 1.3m，支架除尘喷雾系统安设在采煤前方 3m 的位置处， 设置喷水压力为 6～7MPa。在工作面回采 过程中，若出现工作面区域粉尘浓度过大现象时， 此时通过粉尘浓度传感器将其粉尘浓度数据传递 至 PLC 控制器上， 进而通过控制器对液压支架的喷 雾范围进行增大， 以此保障除尘效率的最大化。 3.2效果分析 3218 工作面回采期间， 进行喷雾系统采用前后 工作面区域粉尘浓度的测定作业， 根据测试作业能 够得出不同位置处全尘和呼吸性粉尘的浓度数据， 具体工作面喷雾系统采用前后粉尘浓度的数据如 表 1 所示。 通过分析表 1 中的数据可知， 在工作面采用了 喷雾系统后， 降尘效果显著， 工作面各个区域处与 未采用降尘系统前相比， 降尘率平均约为 65.4。 据 此可知， 3218 工作面在采煤机身喷雾除尘系统、 滚 筒喷雾除尘系统和液压支架喷雾除尘系统下， 有效 解决了工作面回采期间粉尘含量高的问题， 优化了 回采作业环境。 表 13218 工作面喷雾洒水防尘系统使用前后粉尘浓度分布 4结论 根据 3218 综采工作面的具体地质条件，通过 具体分析喷雾洒水防尘机理， 确定工作面采用高压 喷雾洒水降尘技术进行粉尘防治，结合工作面情 况， 具体进行采煤机身喷雾除尘系统、 滚筒喷雾除 尘系统和液压支架喷雾除尘系统设计。根据工作面 采用喷雾除尘系统前后的粉尘浓度测试， 得出 3218 工作面喷雾洒水降尘系统降尘效果显著， 优化了工 作面回采作业环境。 参考文献 [1] 程卫民,周刚,陈连军,王刚,聂文,张清涛.我国煤矿粉尘防 治理论与技术 20 年研究进展及展望[J].煤炭科学技术, 2020,48 （02） 1- 20. [2] 李玉杰,吴海龙,高魁,张树川.张家峁煤矿综采工作面粉 尘综合防治技术[J].煤炭工程,2019,51 （03） 74- 78. [3] 陈泽,杨英兵.大采高系统性粉尘防治方法的应用[J].煤矿 安全,2018,49 （S1） 68- 70. [4] 曹斌.综放工作面煤尘防治技术研究与应用[J].内蒙古煤 炭经济,2017 （14） 5577. [5] 杨志祥. 采煤工作面粉尘防治技术探讨 [J]. 煤炭工程, 2016,48 （S1） 72- 74. [6] 左前明. 大采高综采工作面煤尘扩散规律及防治技术研 究[D].中国矿业大学 （北京） ,2014. 作者简介 王晋波 （1981-） ， 男， 山西晋城人， 2016 年 1 月月毕业于 大同大学采矿工程专业， 2015 年 9 月取得注册安全工程师 职称， 现从事工作煤矿通风。 （收稿日期 2020- 7- 14） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 对比项目测尘位置测试具体地点 全尘浓度 （mg/m3） 呼吸性粉尘浓 度 （mg/m3） 喷雾前工作面作业区域距采煤机 20m1231.2721 喷雾前工作面作业区域距回风巷 50m1134.2694.2 喷雾前回风顺槽回风巷距机尾 10m1004.3633.2 喷雾前回风顺槽回风巷距机尾 30m969.4599.3 喷雾后工作面作业区域距采煤机 20m426.1289.8 喷雾后工作面作业区域距回风巷 50m408276.6 喷雾后回风顺槽回风巷距机尾 10m436.8294.7 喷雾后回风顺槽回风巷距机尾 30m418.4305.4 110 ChaoXing