李高峰
摘 ?要:該文以塔山礦8210工作面為例,分析了特厚煤層綜放工作面產(chǎn)塵特點,介紹了采取的動壓煤層注水、架間智能噴霧、風(fēng)水聯(lián)動水幕、個體防護等綜合防塵措施后,產(chǎn)塵點降塵效率達(dá)到了85% 以上。另外,產(chǎn)塵點采用智能降塵設(shè)施后,還達(dá)到節(jié)支降耗的目的,間接提高了煤礦經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞:特厚煤層;綜放工作面;粉塵;綜合治理
1、引言
綜采放頂煤是當(dāng)前我國進(jìn)行厚煤層開采施工的重要方式,與分層開采方式對比來看,其具備較高的技術(shù)性、經(jīng)濟性等優(yōu)勢。雖然該開采方式具備高效、低耗、強度低等優(yōu)勢,但是在實施的過程中卻容易產(chǎn)生過量的粉塵,嚴(yán)重危及工作人員的生命健康與安全,同時也容易引發(fā)嚴(yán)重安全事故,所以需要提起足夠的重視。
塔山礦綜采工作面平均厚度為13.53m,為黑色,半亮型,玻璃光澤,較堅硬煤層,采用低位綜采放頂煤方法開采,采煤高度3.5m,放煤高度14m,采放比為1:4。由于采用綜采放頂煤的采煤方法且受煤質(zhì)影響,工作面產(chǎn)塵量較大,雖然采取了通風(fēng)排塵、噴霧降塵、個體防護等措施進(jìn)行治理,但效果不是很明顯。因此,需要進(jìn)行對工作面各產(chǎn)塵點綜合防治,才能達(dá)到粉塵的有效治理。
2、綜放工作面的產(chǎn)塵特點及現(xiàn)狀
特厚煤層綜放開采施工中所產(chǎn)生的粉塵主要來自于如下幾個方面:采煤機隔煤粉塵、放煤塵源、破碎塵源等,這些過程所產(chǎn)生的塵量都比較大,給正常開采施工產(chǎn)生加到的影響,其強度高且不集中,并且持續(xù)時間長等特點。
塔山礦8210綜放工作面原有的除塵裝置有:采煤機內(nèi)外噴霧、支架間噴霧、轉(zhuǎn)載點噴霧等,各個系統(tǒng)都是獨立的,而且需要人工開啟,有時候工人開啟不及時,造成工作面粉塵濃度超標(biāo);有時候關(guān)閉不及時,惡化工作面作業(yè)環(huán)境,同時又會造成煤質(zhì)下降,影響經(jīng)濟效益。
3、綜放工作面綜合防塵技術(shù)創(chuàng)新體系
3.1 動壓煤層注水
工作面采用綜采放頂煤的方法開采,若將普通綜采面應(yīng)用的煤層注水技術(shù)拿來應(yīng)用,則達(dá)不到相應(yīng)的效果,根據(jù)塔山礦開采煤層的煤質(zhì)特點,有針對性對煤體的可注性、潤濕半徑等進(jìn)行了深入研究。
1、注水方式及鉆孔參數(shù)選擇
(1)注水系統(tǒng)選擇
供水采用單孔動壓注水方式,即從靜壓水池到主平峒再到1070皮帶巷分別到工作面順槽巷的3BZ—SZ高壓柱泵再接至單個注水鉆孔。
(2)鉆孔施工及鉆孔參數(shù)
① 開孔位置:第一個鉆孔距工作面100米的位置,距離巷道底部1.5米的位置上進(jìn)行鉆孔,其間隔距離設(shè)定為25米,與巷道保持90度夾角,傾角為6.2度,長度為138米,鉆孔直徑65mm。根據(jù)上述技術(shù)參數(shù),將鉆機合理的布置,按照鉆進(jìn)施工工藝進(jìn)行鉆孔施工,確保其不會出現(xiàn)過大偏差的問題。
② 鉆孔長度:
工作面長為207米,根據(jù)公式(L= 2/3*L1/cosa)計算,鉆孔深度為138米。
④ 鉆孔間距和直徑:
經(jīng)過測算,鉆孔間距一般為25米時,就能達(dá)到鉆孔周圍煤體潤濕的要求。鉆孔直徑:65mm。
⑤ 封孔方法:采用封孔器封孔,封控長度為12米。
(3)注水方式:使用長鉆孔動壓注水施工方式,主要是在工作面向煤層中傾斜一定角度來進(jìn)行注水施工。
2、注水要求
① 鉆孔注水量,每個鉆孔注水量按下式計算:
Q=1.3%×R×h×L× 噸,根據(jù)計算每個鉆孔的注水量為336噸。
② 注水時間:注水時間要求超前開采100米。
3、采用動壓注水方法的創(chuàng)新點:
(1)在鉆孔布置上,結(jié)合煤體潤濕半徑、8210工作面地質(zhì)條件、煤質(zhì)等因素,綜合考慮鉆孔的數(shù)量、規(guī)格及位置,做到布孔合理,效果明顯,確保了工作面推進(jìn)到位前煤體的潤濕。
(2)在注水壓力上,結(jié)合工作面地質(zhì)條件、煤質(zhì)特點及一定的試驗結(jié)果,選擇了符合工作面實際情況的煤體注水壓力,保證的注水的效果。
(3)在封孔上,不用傳統(tǒng)的水泥砂漿或聚氨酯封孔,而采用新式的封孔器進(jìn)行封孔,保證了注水鉆孔的嚴(yán)密性。
3.2 實現(xiàn)放煤、移架的智能噴霧系統(tǒng)
塔山礦8210工作面智能噴霧系統(tǒng)降塵系統(tǒng)采用國內(nèi)先進(jìn)技術(shù),實現(xiàn)架間與移架的智能化噴霧,對工作面采煤機或移架作業(yè)時產(chǎn)生的大范圍高濃度粉塵實現(xiàn)多道阻隔和高效除塵。
該系統(tǒng)功能:可以在移架、落架、放煤時實現(xiàn)自動噴霧降塵,且在支架的后部、中間、前段各設(shè)一道全覆蓋范圍的噴霧裝置,還可由人工進(jìn)行遙控開機,并在采煤機下風(fēng)端形成數(shù)條隨采煤機移動的水幕,來有效降低粉塵的濃度和阻擋粉塵擴散,由于噴灑點的位置及噴霧量可合理設(shè)置從而達(dá)到用最少水量實現(xiàn)最佳除塵效果的目的。大體實施如下:
1)、隨采煤機聯(lián)動定點噴霧降塵
采煤機施工中處于不斷移動的狀態(tài),設(shè)備中紅外裝置可以準(zhǔn)確的記錄其方向與位置,然后將信號直接傳輸?shù)娇刂破髦???刂破靼凑赵撔盘柕姆答仯梢詼?zhǔn)確的確定水幕的位置,然后能夠控制電動閥,并且在下風(fēng)端會直接形成數(shù)量較多的水幕,并且跟隨采煤機運動,此時可以通過控制器或者紅外遙控器來進(jìn)行控制,進(jìn)而可以有效的隔離采煤機的粉塵,實現(xiàn)定點噴霧降塵處理。
2)、通過在操作閥上安裝發(fā)射器
當(dāng)移架、落架或放頂時,拉動手柄讓磁片與發(fā)射器接近使其能檢測到磁場。在放頂煤的過程中,應(yīng)該進(jìn)行液壓手柄的操控,此時手柄中的發(fā)射器工作,可以直接向控制器發(fā)射觸發(fā)信號,控制器在接收到信號之后,此時下側(cè)水幕就會開啟,延時噴灑降塵處理,按照施工的具體狀況可以在控制器中或者紅外遙控器進(jìn)行整體控制。
3)、通過控制器和接收器進(jìn)行噴霧降塵
當(dāng)移架、落架時,可以直接操控液壓說并,然后可以通過發(fā)射器進(jìn)行信號的發(fā)射,在信號接收完成之后,可以直接將下風(fēng)端中的水幕開啟,然后可以進(jìn)行降塵處理(詳見下圖)。煤機下風(fēng)端在工作中需要開啟數(shù)條水幕,結(jié)合現(xiàn)場的實際情況利用控制器或者紅外遙控器進(jìn)行控制。
4)、井上、下實現(xiàn)通訊功能
控制器中預(yù)先設(shè)置485通訊接口,此時可以和系統(tǒng)內(nèi)集中控制器可以完成整個系統(tǒng)通訊控制。所有的參數(shù)應(yīng)該經(jīng)過控制器進(jìn)行設(shè)置,然后就能夠?qū)⒁萍?、落架、放煤、采煤的所有參?shù)直接傳輸?shù)骄?,可以達(dá)到監(jiān)控整個地面狀況的效果。
采用該智能噴霧的創(chuàng)新要素:
1、系統(tǒng)使用的是集散控制方式,利用多臺噴灑控制器與一臺集中控制器來完成整個系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)中利用集中控制器進(jìn)行整體性控制,可以完成井下獨立操作。集中控制器預(yù)設(shè)以太網(wǎng)端口,可以直接和網(wǎng)絡(luò)連接,并且及時將各項數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)骄?,完成地面監(jiān)控。
2、可實現(xiàn)綜采工作面移架和放頂煤時一架一噴,以及隨采煤機割煤時聯(lián)動,支架上的噴頭適時移動掃描噴灑。采用電池供電安裝使用更方便。
3、因為系統(tǒng)內(nèi)的移架、落架、放煤信號都是使用無線通訊的方式來完成,確保安裝、應(yīng)用、維護更加的便捷,而傳統(tǒng)的信號傳輸方式需要通過200余條電纜才能實現(xiàn),系統(tǒng)足夠復(fù)雜、維護工作量大,并且容易出現(xiàn)拉斷的問題,容易造成系統(tǒng)無法正常的運行。
4、該系統(tǒng)內(nèi)對于液壓支架內(nèi)的系統(tǒng)控制并沒有進(jìn)行任何變動,也不會給原系統(tǒng)操作造成任何影響,對于支架控制不會產(chǎn)生影響。
5、控制箱與球閥齒輪箱采用隔離設(shè)計的方式,從而可以避免水能進(jìn)入到控制器的情況出現(xiàn)。
6、控制器中安裝都大液晶屏幕,各個系統(tǒng)的參數(shù)都能夠直接顯示出來。
3.3 ?進(jìn)、回風(fēng)順槽安裝凈化風(fēng)流的風(fēng)水聯(lián)動噴霧降塵裝置
針對8210工作面兩巷粉塵大的難題,設(shè)計了風(fēng)水聯(lián)動噴霧裝置,解決了噴霧出水不霧化的現(xiàn)象,工作面和巷道內(nèi)能有效的降低空氣中的粉塵,減少了用水量,治理了巷道內(nèi)粉塵大的問題。在8210工作面頭、尾超前支護范圍距工作面50米范圍內(nèi)加裝2道該水幕,另外,在進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷每300米加裝一道該噴霧,使用效果較好。
1、風(fēng)水聯(lián)動噴霧組成及工作原理
風(fēng)水聯(lián)鎖調(diào)解噴霧裝置的結(jié)構(gòu)風(fēng)水聯(lián)鎖可以進(jìn)行噴霧調(diào)整,其由供水管與閥門、供風(fēng)管路與閥門、箱體、壓力表等結(jié)構(gòu)所組成,同時形成了供水、供風(fēng)系統(tǒng),然后利用風(fēng)水調(diào)節(jié)閥門可以準(zhǔn)確的控制其供應(yīng)的情況,并且可以直接形成風(fēng)水聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。該裝置的主要特點如下:風(fēng)水能夠?qū)⒎蹓m與噴霧直接的混合,然后在系統(tǒng)的高速碰撞之下就會形成泥粒,通過切向速度可以直接應(yīng)用到分離系統(tǒng)中,該分離系統(tǒng)中,通過離心力的影響可以直接將混合物中的氣、水、泥進(jìn)行分離,按照粒徑和密度分層處理,并且泥粒、水珠可以在短時間內(nèi)完成霧化處理,從而達(dá)到空氣凈化效果。
2、該裝置創(chuàng)新點:
(1)風(fēng)和水有效配合,使出水霧化效果更好。
(2)將風(fēng)和水管路及噴嘴整合到箱體內(nèi),減少管路損壞頻率,噴嘴的堵塞頻率明顯降低。
(3)使用手搖絞盤,使吊掛到頂板上的風(fēng)水聯(lián)動裝置實現(xiàn)自由升降,便于維修,便于更換。
(4)除塵效率高,性能穩(wěn)定,體積最小化,結(jié)構(gòu)重量最輕化,便于井下移動環(huán)境中使用。
應(yīng)用風(fēng)水聯(lián)動調(diào)節(jié)噴霧裝飾,可以有效的消除出水不出霧的問題,可以有效的增大水霧,可以分布在整個巷道結(jié)構(gòu)中,能夠有效的將整個空間中的粉塵濕潤處理,使得內(nèi)部空間的粉塵密度降低,滿足降塵工作的需要,其工作效率可達(dá)20 ~40 %,去除粉塵效果非常好,消除安全問題。
3.4 其它噴霧降塵系統(tǒng)
(1)工作面采用艾克夫公司生產(chǎn)的SL500型電牽引采煤機割煤,噴霧泵應(yīng)用的是BPW400/16型,其中包含了四泵兩箱,可以滿足噴霧的需要,使得內(nèi)部壓力達(dá)到2Mpa以上,外噴霧壓力則在1.5Mpa以上。
(2)轉(zhuǎn)載點、破碎機噴霧
開采的位置上采用兩部運輸機頭與兩部轉(zhuǎn)載機分貝需要設(shè)置一個自動噴霧裝置,在破碎前就要進(jìn)行噴霧處理,然后將媒體濕潤處理,消除粉塵的影響。
(3)灑水沖塵
在進(jìn)、回風(fēng)巷,各個工作區(qū)間內(nèi)的防塵班組應(yīng)該及時通過膠管進(jìn)行灑水防塵處理,從而可以避免粉塵堆積的問題存在。
(4)進(jìn)口高效防塵口罩的應(yīng)用
應(yīng)用日本DR22R型防塵口罩,其主要由濾紙組合成為圓形防濾裝置,其是國產(chǎn)口罩過濾效果的 4~6倍,阻塵效果非常好,并且該口罩的進(jìn)口、排口之間是隔離的,防止在呼吸中粉塵吸入到口罩內(nèi),工作人員在使用的過程中也會感受到呼吸的順暢。
3.5 ?采用綜合防塵措施后的降塵效果
工作面采用綜合降塵措施,采煤機操作人員其平均降塵已經(jīng)達(dá)到85%,下風(fēng)側(cè)的1O~15m處降塵率達(dá)82.2%;放煤降塵率達(dá)84.5%;近年來未發(fā)生任何塵肺病,除塵效果非常的明顯。
4 結(jié)語
通過對8210工作面綜合防塵體系的分析及設(shè)施應(yīng)用,綜放面需要實施煤層注水、高壓噴霧等多項除塵措施,并且需要進(jìn)行必要的供風(fēng),有效的控制風(fēng)速,同時需要進(jìn)行必要的防塵與技術(shù)管理,應(yīng)用具備先進(jìn)技術(shù)水平的先進(jìn)設(shè)備,從而可以有效的治理粉塵的危害,充分的保證施工人員的生命安全,同時也能夠促進(jìn)采煤領(lǐng)域的發(fā)展。
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