煤礦巷道掘進粉塵的監測與治理

0影響礦井安全生產在所有煤礦生產過程中，都會產生大量的煤灰塵和巖塵，統稱為灰塵。如炮式采掘、機械采掘、綜合采掘、打眼放炮、錨噴、裝運、選煤等工序,均可產生大量的粉塵,工人長期在高煤塵質量濃度的環境中作業,吸入呼吸性煤塵可引起塵肺,嚴重危害著煤礦工人的身體健康;如果礦井煤塵具有可燃爆炸危險,當井巷沉積大量的煤塵時,達到一定條件可能引起煤塵爆炸,給礦井安全生產帶來很大威脅;特別是隨著煤礦機械化程度不斷的提高,將會產生大量的煤塵或巖塵,因此,必須采取有效的綜合降塵和防塵措施加以控制。1煤-半煤巖巷掘進機-煤山西蘭花集團莒山煤礦有限公司屬低瓦斯礦井,井田內的主要含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組,可采煤層分別為3,9,15號煤層,均屬無煙煤。目前主要開采3,9號煤層,3號煤開采回收下分層厚度2.1～2.6m,9號煤層厚度0.77～1.90m,平均1.37m,煤層較穩定,結構簡單,掘進巷道是煤或半煤巖。由于其煤層賦存、煤質特征、開采工藝、運輸方式和斷面要求等多方因素的綜合影響,綜掘工作面的各個生產工序都會產生大量粉塵,有的破碎后呈粉狀,易飛揚。粉塵彌漫巷道,威脅著操作人員的人身安全。必須采取有效的措施,控制粉塵的產生、擴散和飛揚,降低巷道風流中的粉塵質量濃度。在普遍調研、分析和論證的基礎上,掘進設備選用煤炭科學研究總院太原分院的EBJ-120TP型掘進機。該機機身矮,結構緊湊,可靠性高,是適用于煤及半煤巖巷、中等斷面巷道掘進的一種中型懸臂式半煤巖巷掘進機。綜掘工作面的主要塵源是掘進機截割頭截割煤巖、裝載運輸、打眼支護等環節,因此依據《煤礦井下粉塵綜合防治技術規范(AQ1020-2006)》,采取的主要設計措施是采用掘進機高壓噴霧、巷道內風流凈化和煤層注水方法進行降塵,利用除塵器并結合長壓短抽混合式通風系統進行除塵,以及個人防護的綜合措施,改善現場工作環境。2技術廢物預防2.1澆注孔封孔工藝煤層注水作用原理是通過鉆孔將壓力水和水溶液注入煤體,增加水分,以改變煤的物理力學性質,可減少煤塵的產生,濕潤煤體的原生煤塵,使其有效地包裹煤體的每個細小部分,當煤體在開采破碎時避免細粒煤塵的飛揚。根據煤層的可注性,選擇合理的煤層注水孔布置方式、參數、注水壓力、注水工藝、注水裝備,是保證煤層注水效果抑制粉塵分揚的有效途徑。通過現場試驗,采用順煤層層理鉆孔施工技術,煤層注水效果較好;注水壓力范圍10～15MPa,12MPa為最合適。水壓在12MPa時水的潤濕半徑達2～3m,因此2400mm×4000mm全斷面采用布置2～3個注水孔,要保證一定量的潤濕面積,注水孔深度必須>2m,長度選定為8m,孔徑?89mm,鉆孔位于巷道的中央,鉆孔沿煤層方向打設。利用?38mm×2000mm的封孔器封孔,液壓泵為高壓管路供水。注水工藝融合在掘進面生產工藝之中,當掘進機割煤作業完成并超前支護好頂板以后,先打好注水孔,完成煤體注水需30～40min或迎頭煤壁出現滲水,取出封孔器。每掘進8m重復上述注水工藝。2.2煤塵降塵系統高壓系統噴霧灑水是借助噴霧裝置使水成霧狀噴出對粉塵捕獲下沉或利用水流噴灑煤堆、巖堆濕潤沉積在表面的粉塵,使之不易飛揚,因此提高噴霧質量是提高綜合防塵效果的關鍵。掘進機采用高壓噴霧降塵技術,高壓噴霧系統具有高效降塵、操作維護簡單、系統性能穩定可靠、耗水量低(僅為一般噴霧的1/3)的特點。系統由自控水箱、過濾器、高壓泵(機載)、高壓管路、高壓引射噴霧降塵裝置及控制部分組成。主要技術指標:噴霧壓力8～20MPa,噴霧流量30～120L/min,總粉塵降塵效率≥75%,呼吸性粉塵降塵效率≥65%。凈化水幕:用一個高效專用高壓噴嘴產生的霧能封閉斷面積達8m2的巷道長3m以上,斷面積8m2以上的巷道可采用8個噴嘴組成一道凈化水幕實現全封閉,主要技術指標:耗水量<25L/min,降塵效率≥95%,霧粒直徑≤100μm。在距工作面20m處,安裝了1組凈化水幕,每組水幕包括2道凈化水幕,2個凈化水幕由1個聲控型電磁閥控制,灑水延時600～1200s。割煤時,水幕自動打開,進行灑水降塵,粉塵經過第一道組合水幕后,絕大部分的煤塵得到有效控制。同樣的方法,在除塵風機出風口外2～3m處和距回風口30m處,安設1組同樣的組合風流凈化水幕。經過這2組水幕后,90%以上的煤塵得到捕獲。2.3煤基除塵系統噴霧降塵對飄塵捕獲不盡理想,采用捕塵效率高的除塵風機對含塵空氣抽塵凈化就顯得很必要。經考察分析并確定了綜掘工作面采用長壓短抽的局部通風方式除塵器除塵系統,合理選用與掘進機配套。除塵系統采用煤科總院重慶分院生產的KCS-250型礦用濕式過濾旋流除塵器,該機特別適用于掘進機掘進巷道時的粉塵治理。采用抽出式單機斜流式風機,并與脫水裝置設計為一體,具有高負壓、高安全性、高效除塵、脫水及調節風量的特點。主要技術指標:處理風量180～250m3/min;除塵系統阻力900～1450Pa,總除塵效率≥99%,呼吸性粉塵除塵效率≥90%;除塵器脫水效率≥95%,耗水量<20L/min;工作噪聲≤85dB。2.3.1電動的布置結構除塵器主要由過濾除塵段、配套風機、旋流脫水段等三部分組成(如圖1所示)。除塵器配套風機采用銅質葉片,避免產生機械摩擦火花;采用電動機內置結構,使電動機置于新鮮風流中,保證電動機的安全運行。含塵氣流在配套風機的引導下進入除塵器,首先在過濾除塵段的水霧作用下,使其中的粉塵顆粒濕潤,在經過過濾網時較大顆粒的粉塵被阻擋下來,濕潤的含塵氣流接著進入旋流脫水段,在高速旋轉離心力作用下使粉塵和空氣分離,粉塵與水所形成的泥漿流入污水箱排出,凈化后的干凈空氣排至巷道中。2.3.2壓入式供風系統除塵器可以安裝在掘進機上,也可以安裝在轉載機的后方,或者采用單軌吊吊掛在巷道的頂部。除塵器吸塵口通過負壓風筒接至距工作面迎頭2～3m范圍內。除塵器前后所接吸塵罩和風筒的總長度不得超過30m,并保證運行過程中風筒斷面積≥0.19m2,將進氣口(或吸塵罩)固定在掘進機搖臂上,隨搖臂移動。除塵器安裝后其傾角不得超過8°,且須固定牢靠,與壓入式供風系統形成長壓短抽通風除塵系統(見圖2)。為了提高除塵器的收塵效率和除塵效率,壓入式供風系統中風筒的末端須加入控塵裝置,其安裝布置方式見圖2(圖中S為機掘工作面巷道斷面積,Q為除塵器最大處理風量)。除塵器固定好之后,按要求接通水源、電源,供水管路應設置水質過濾器,供水壓力應在0.3MPa以上。2.3.3壓入式風筒距迎頭的距離一般情況下,Qy=(1.2～1.3)Qch。主要是保證壓入式和抽出式重合段內有風流流動和不產生循環風;但隨著掘進距離的增長,Qch數值不變,而Qy數值減小。壓入式風筒口距工作面距離太小,則工作面粉塵會被風流帶出至巷道中;距離過大,則排塵風速小,形不成壓抽氣流,這兩種情況都不利于除塵。壓入式風筒距迎頭的距離要求:正常情況下,壓入式風筒距迎頭的距離稍大于風筒的有效射程時,除塵效果較好,根據生產實踐:Ly≤5S√Ly≤5S。巷道凈斷面積9.6m2,Ly最大值為15.5m,一般取10～15m。抽出式風筒距迎頭的距離:Lch≤1.5S√Lch≤1.5S,凈斷面9.6m2,Lch最大值為4.7m,一般取3m。除塵風筒與壓入式風筒的重合段距離一般情況下,Lc≥2S√Lc≥2S。凈斷面9.6m2,重合段長度要大于6.2m。在進行安裝時,考慮到掘進機的實際情況,上述參數確定如下:Ly=11m;Lch=3m;Lc=8m。因此,選型配套局部通風機型號為FBDNo6.0系列2×18.5kW對旋式風機,?600mm的風筒供風,供風量為320～400m3/min,負壓為1400～4800Pa。3不同安裝的環保措施3.1除塵器及過濾器的維護在掘進機作業時,必須使用內外高壓噴霧和除塵器系統。噴霧、灑水、捕塵設備應指定專人管理和維護,不得任意拆除,確保噴霧灑水裝置和捕塵器的完好性和正常工作。(1)噴霧供水應保持潔凈,避免發生噴嘴堵塞;綜合防塵管路壓力不得低于3.0MPa,支路上增加使用了“水質過濾裝置”,使水質得到保證,有效地解決凈化水幕噴頭的堵塞問題。(2)除塵器的使用操作必須符合《煤礦安全規程》的相關規定,并指定專人進行操作。除塵器應設專人保養,做到定期檢查和維護。①開機:打開除塵器進水接口處的閥門,在除塵器處于噴霧狀態下,接通電源,啟動除塵器。②停機:先斷開電源,再關閉除塵器進水閥門,則除塵器處于停機狀態。③過濾網及噴嘴的檢查和清洗每班進行1次。在除塵器處于停機狀態下,檢查過濾網是否有破損現象,如有破損應及時更換;若發現噴嘴堵塞,必須清洗干凈。④污水箱的維護每天進行1次。在除塵器處于停機狀態下,將水箱里的污水排凈,清除污泥。3.2煤塵產生量采用濕式液壓鉆機打眼,減少了打眼過程中的煤塵產生量。干式打眼時配套使用GKC-1型干式孔口捕塵器方法,捕塵效率高,安全可靠,使用靈活方便。3.3創建內風凈化水幕在進行錨噴作業時采用除塵器抽塵凈化。除塵器安裝在噴射機的后方,隨噴射機移動而移動。吸塵罩用小鏈吊掛于巷道頂幫的錨桿上,迎著巷道風流方向安設,距上料口2～3m,通過負壓風筒與除塵器相連接。除塵器前后所接吸塵罩和風筒的總長度不得超過30m,保證運行過程中風筒斷面積不小于0.28m2。作業地點下風流方向100m內應設置二道以上風流凈化水幕;混合石料下井前要灑水預濕。3.4自動噴霧降塵裝載點落差宜≤0.5m,若超過0.5m則必須安裝溜槽和導向板。下風側20m內必須設置風流凈化水幕。在運輸巷道和各轉載點等定點塵源安裝ZP-1型自動噴霧降塵裝置。設備啟動時,噴霧就開始依據設備運轉的快慢,進行灑水降塵。當噴霧出現故障時,設備也就不能啟動,實現了設備運轉與噴霧、灑水一體化。同時,根據各點的不同情況優化了噴頭的高度、傾斜角度與噴頭數量等參數,提高了噴霧降塵效果。4呼吸性粉塵檢測作業人員必須佩戴個體防護用具,有自吸式防塵口罩、過濾式送風防塵口罩等。定期進行拍片普查,對患塵肺病疑似者按規定及時調離生產一線,并進一步檢查進行治療。同時定期呼吸性粉塵的檢測,利用AZF-01型呼吸性粉塵采樣器和CCGZ-1000型直讀式測塵儀,能準確、及時地反映不同作業場所中粉塵的質量濃度和分散度,為正確評價作業場所的衛生環境提供可靠數據。堅持按規定對井下有關地點進行測塵。發現超限,及時分析原因,采取措施,加以解決,創造良好的作業環境。5創新由空氣中產