2023年晓南矿井下粉尘综合治理技术研究与应用.doc

晓南矿井下粉尘综合治理技术研究与应用 技术设计 1 项目提出背景 1.1 晓南矿的根本情况 晓南矿隶属于铁法煤业集团有限责任公司，是铁煤集团最早到达质量标准化、现代化并保持特优级质量标准化的矿井，是全国煤炭工业一级企业，全国特级高产高效矿井，是原煤炭部确定的全国15个现代化样板矿井之一。 晓南矿井是国家“五五〞期间重点建设项目，于1971年10开工兴建，1980年9月28日移交投产。矿井设计生产能力90万吨，经1988年至1991矿井改扩建后，核定年生产能力到达150万吨，2023年核定年生产能力210万吨。 晓南矿为高瓦斯易自然发火矿井，瓦斯含量为15.13m3/t，煤尘爆炸指数为65%，有强烈爆炸危险。矿井涌水量105～135m3/h，自然发火期1～3个月，有自然发火危险。 〔1〕通风系统 晓南矿采用中央并列与单翼对角混合式通风，由副井、主井入风，中央风井和东风井回风。其中副井井筒断面为38m2，主井井筒断面为23.75m2，东风井断面为19.6m2，中央风井断面19.6m2。中央风井担负西三采区、北一采区、南翼采区局部区域通风，东风井担负西二采区、南翼采区局部区域通风。 〔2〕 抽放系统 在抽放系统方面，我矿现有4台瓦斯抽放泵，其中抽放量为120 m3/min 的2BEC-42型抽放泵2台，抽放量为250m3/min 的2BEC-52型抽放泵2台，抽放量为550m3/min 的CBF730型抽放泵2台，共有6趟立孔与井下连接，两趟∮219mm立孔，两趟∮299mm立孔，两趟∮500mm立孔，能够实现每台抽放泵与6个立孔分别对接。实现了上下浓度分别进行抽放。 〔3〕监测系统 我矿现在运行的监控系统为KJ2023N系统。主机为联想2台，万全-2600一台。传感器主要为CH4传感器。井下按规定在指定地点安设了，风速传感器、一氧传感器、温度传感器等。另外，在地面选煤厂、瓦斯泵房、主要通风机房安设了瓦斯传感器、压力传感器、管道流量计、高浓瓦斯传感器等。 采掘工作面均实行“三专两闭锁〞。定期进行断电实验。断电范围严格按煤矿安全规程执行。 监测主要设有监测中心站工作记录．瓦斯监测情况日报表．监测设备、仪器管理台帐．监测传感器校验记录等。 〔4〕消防火系统 井下充填管路管径为∮108mm。我矿现有三座地面注浆〔砂〕站：中央注浆〔砂〕站、W2注浆〔砂〕站、W3注浆〔砂〕站。注浆〔砂〕站都完好，具备充填和注浆功能。 在消防火预测预报方面，我矿地面设有气体分配化验室，化验员4人，化验仪〔色谱仪〕其中型号：GC4000型1台，GC-4000A型1台，GC-4085B型1台对井下气体进行取样。重点部位建立分析曲线，保证及时分析，实现动态预测预报，为防治自然发火提供了技术依据。 1.2 项目研究目的与任务 随着煤矿机械化程度的增加，煤矿在生产过程中将产生大量的粉尘，不仅污染了井下各作业点的环境，也对作业工人的身体健康带来了严重危害。2023年11月9日公布：全国煤矿有265万接尘人员，据测算，每年有5.7万人患上尘肺病，因尘肺病死亡的那么有6000余人，是安全生产事故死亡人数的两倍。据卫生部统计，截止2023年底，全国累计检出各类尘肺病人627405例，现患480335例，已死亡147070例，其中煤炭行业占49%以上。2023年全国共报告职业病18128例，同比上升32％，其中煤炭行业是新发职业病最多的行业，占到总数的41．38％；全部新发职业病中尘肺病达14495例，占总数的79．96％。1983年至2023年，煤矿井下粉尘最高浓度范围198～3420mg/m3，超过国家标准49.5～855倍，每年有大量职工患上尘肺病。截至2023年底，全国煤矿企业累计尘肺病患者31.2万例(不包括乡镇煤矿)，尘肺病检出率高达7.2% 。 晓南矿井下采、掘机械化程度较高，目前采、掘工作面都实现了综合机械化，采掘效率很高，取得了较好的经济和社会效益。但是，随着煤矿采、掘机械化程度的不断提高，工作面的粉尘污染问题也日益突出，成为制约煤矿安全生产和企业快速开展的瓶颈。晓南矿为高瓦斯矿井，瓦斯含量为11.59m3/t，煤尘爆炸指数为65%，有强烈爆炸危险。工作面生产中产生的高浓度的粉尘，一方面严重威胁矿井的安全生产，另一方面也严重危害着作业工人的身体健康，使劳动生产效率降低，机械设备磨损加快。在集团公司的支持下，晓南矿依据目前的粉尘现状开展综合治理工作，确立了“我要安全、更要健康〞和“积善积德不积尘、节能降耗保安全〞的粉尘治理理念。采取以控尘为主要手段的综合防尘措施，解决粉尘治理难题，为职工创造一个安全、健康的工作环境。 1.3 项目主要工作内容及技术路线 1.3.1 项目主要工作内容 ①针对井下各产尘点的综合分析，形成综合防尘方案 ②主要大巷综合防尘设备的安装。 矿车喷淋装置、矿车防尘罩、运输大巷洒水车、转裁点封闭 ③回采工作面综合防尘设备的安装。 煤层注水、高压喷雾、尘跟踪系统、防尘帘 ④掘进工作面综合防尘设备的安装。 综掘机高压喷雾、KCS-550型湿式过滤旋流除尘风机、挡尘帘 ⑤实施过程中总结缺乏，对综合防尘设备根据现场实际情况进行调整，并对原综合防尘方案进行补充，逐步完善。 ⑥完成技术总结。 1.3.2项目完成方式 由集团公司作为技术指导，晓南矿引进先进的综合防尘设施，自行研制了符合井下现场的综合防尘设施，并完成现场实施和技术总结。 技术路线：将引进国内一些先进的综合防尘技术及设施，通过结合晓南矿井下实际情况，进行技术方案的改良和完善。课题研究的总体思路为：确立方法—形成实施方案—确定工艺流程—现场实施—出现问题加以解决—完成技术总结。 2 粉尘控制与防治的方法及难点分析 矿山的粉尘来源于主要运输巷设备运输及采掘工作面的采、掘作业。主要运输巷粉尘体现在入井的水泥、过火矸石等在运输过程中、皮带巷运输煤炭过程中产生的粉尘等；采掘工作面粉尘体现在煤炭生产和运输过程中产生的粉尘。 主要运输巷粉尘治理：主要采取控制粉尘堆积和飞扬的方法降低风流中粉尘浓度。 难点：主要是产尘点多并且分散，同时对大巷的人工清洗用水量不易控制，对巷道的维护不利且工时利用率较低。 各转裁点粉尘治理：主要采取转载点封闭及风水联动喷雾降尘的方法降低风流中粉尘浓度。 难点：主要是转载点属开放形场地，很难控制煤尘扩散，采取水喷雾时由于水量充容易造成影响煤质的现象。 采掘工作面粉尘治理：主要采取增加煤体含水量，减少粉尘的产生，从根源上防治粉尘。同时利用高压外喷雾、尘源跟踪系统、防尘帘、综掘工作面除尘净化、转载点封闭等方法控制粉尘。 难点：主要是本煤层钻孔施工效率低；喷雾降尘时水雾粒与呼吸性粉尘的静电排斥，降尘效果不理想；转载点煤流集中风速高〔转载点机械设备集中有效断面小〕、用水量较大，并且容易造成粉尘的二次飞扬；回风巷道中使用的防尘帘和净化水幕，用水量大，巷道遇水易底鼓。 3 粉尘综合治理项目实施 3．1 主要大巷粉尘的控制 〔1〕针对主要大巷产尘点多并且分散的难题，我们采用了在矿车上安装防尘罩和对矿车进行清洗的方法。 ①矿车防尘罩的使用 凡入井的水泥、白泥、黄泥、沙子、混料、过火矸石等容易起灰尘物料的矿车均使用防尘罩，目前共使用防尘罩300个。同时，矿下发了晓南矿关于矿车使用防尘罩的管理方法〔试行〕，要求各生产、辅助单位，严格按制度执行。 ②矿车喷淋装置的使用 为了抑制矿车在运行中粉尘的飞扬，对升入井车辆进行喷淋。经过我们技术人员的反复研究、改良，对矿车进行喷淋的同时对矿车进行刷洗，利用废旧锚杆机进一步加工实现了对矿车刷洗的功能。目前在中央人车站出口建造了2处矿车喷淋装置，使用效果非常好。 〔2〕针对人工清洗大巷用水量不易控制及浪费人力的难题，我们购置了大巷洒水车，对大巷进行清洗。 运输大巷洒水车的使用：为提高运输大巷灰尘的治理水平、控制用水量、减少人力、提高工时利用率，运输大巷使用CZ-2型洒水车进行洗尘。使用洒水车全断面清洗运输大巷〔5000m〕用时1h、用水量9.6t，人工对巷道腰线以下运输大巷清洗用时4h、用水量18t。并且洒水车无需外接动力，使用方便。 〔3〕转载点煤流比拟集中，用水量较大，并且容易造成粉尘的二次飞扬 ，主要采用将转载点封闭的方法。 转载封闭：为解决转载点煤流比拟集中，粉尘容易扩散到周围空气中去，我们采取了转载封闭，这样就防止粉尘扩散飘扬到巷道中去，使转载点形成一个独立的空间，有效的控制了粉尘的扩散。 风水联动喷雾：为解用水量较大，并且容易造成粉尘的二次飞扬的难题，我们使用了风水联动喷雾，使用水量由原来每个喷嘴4620 ml/min 降到200ml/min，同时对各转载点及煤仓上口进行封闭，防止粉尘扩散飘扬到巷道中，造成整个巷道的粉尘污染，从而影响整个井下作业环境。 3．2 采掘工作面粉尘的防治 煤破碎后产生粉尘的粒度分布状况是指粉尘的大小及分布范围。这一因素直接决定了产生呼吸性粉尘量。通过对西三709综采工作面的粉尘测试，粉尘粒度分布测定范围为5μm～150μm。呼吸性粉尘一般指的是空气动力径小于7.07μm时的粉尘，呼吸性粉尘占11.4%。北一轨道中巷综掘工作面掘进机割煤时产生的粉尘粒度直径60μm以上的粉尘几乎没有，小于10μm的占总粉尘的33.7%，粉尘粒度小于50μm的占总粉尘的96.9%。小于空气动力径7.07时的粉尘〔即呼吸性粉尘〕占17.31%。 〔1〕增加煤体含水量，减少粉尘的产生，从根源上防治粉尘 综采工作面采用煤层注水降尘措施，到达增加煤体含水量的目的。注水过程中水渗入煤体内部，一方面增加煤的水分和尘粒间的粘着力，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，减少采煤时煤尘的生成量；另一方面将煤体中原生细尘粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力，从而起到降尘的目的。 ①煤层注水钻孔布置方式及注水量。 在采煤工作面运顺煤层注水钻孔，采用型号为ZDY1200L型钻机，Φ50mm螺纹钻杆，直径Φ94mm钻头。每60m沿煤层施工1个注水钻孔，施工16个钻孔。孔深均为70m，封孔采用封孔泵利用水泥进行封孔，封孔深度为15m左右； 回顺利用钻场〔间距25～30m〕沿煤层施工2个注水钻孔，共施工10个钻孔；煤层注水采用静压水边采边注的方式，且保证钻孔注完水后超前工作面20～30m。通过观测，注水期间水压一般在4.0～4.5MPa，注水量一般在1.3～1.6m3/h之间。煤体含水率增加量为0.19%。 待注水孔 回 顺 工 作 面 运 顺 图4-1综采工作面注水钻孔布置图 ②注水效果考察 工作面实施煤层注水后，对工作面的粉尘浓度进行测定，以检验煤层注水的效果。煤层湿润效果的考察采用直观观察法。直接考察法为从煤壁或煤帮的渗出〔出汗〕状况简单地判断其湿润范围。 图4-2 煤层注水湿润半径示意图 图4-3煤层注水前后粉尘浓度测定比照图 〔2〕采用高压外喷雾降尘 资料说明不带荷电水雾粒对直径为10μm以下粉尘捕捉效率较低，而对直径l0μm以上的粉尘具有较高的降尘效率。采用高压喷雾(7.5～12.5MPa)可以减小雾粒粒径，提高水雾电荷值，提高喷雾对呼吸性粉尘捕尘效果。同时为了解决水雾粒与呼吸性粉尘的静电排斥，在水箱内按3‰添加粉尘抑制剂，进一步提高高压外喷雾降低呼吸性粉尘的效果。 ①采煤机、掘进机高压外喷雾降尘系统由高压喷雾泵、高压胶管等组成。喷雾压力：≥8.0MPa；喷雾流量：30L/min～40L/min。高压水泵和水箱在采煤工作面与运顺移动变电列车安放在一起；掘进工作面安装在综掘机转载输送机上方。 图4-4采煤机高压外喷雾引射降尘示意图 图4-5掘进机高压外喷雾引射降尘示意图 图4-6掘进机高压外喷雾使用期间照片 图4-7采煤工作面使用高压喷雾泵及粉尘抑制剂前后粉尘浓度比照 〔3〕尘源跟踪系统降尘 为进一步提高采煤工作面割煤期间降尘效果