察哈素煤矿31317综采面移架控尘技术研究_钱国栋.pdf

察哈素煤矿 31317 综采面移架控尘技术研究钱国栋，芮国相(国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古鄂尔多斯017209)摘要:粉尘危害长期以来都是煤矿灾害防治的重中之重。尤其是近几年来，煤矿开采技术的研发与采矿速度不断提升，使高产煤量的大采高综采技术得到广泛关注。但是，对煤矿的过度开采导致许多矿区出现粉尘污染现象，察哈素煤矿31317 综采工作面作为大采高工作面，液压支架在移架过程中容易产生大量粉尘，会直接影响支架工及过往人员的安全，也增加了清理浮煤的工作量。为此，本文以 31317 综采工作面为研究对象，根据实际生产移架过程中的产尘规律，分析其影响因素，采取架间漏煤杆隔控措施，控制综采移架过程中产生的扬尘污染。关键词:察哈素煤矿;31317 综采面;移架控尘技术中图分类号:F4063;TD7144文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02001303现阶段，煤炭是我国的主要能源，随着煤炭生产技术的发展和国家政策的调控，我国综采工作面正朝着大采高、大吨位的方向发展。大采高工作面在开采过程中会出现大量粉尘，会给支架工和过往人员造成安全隐患。因此，对察哈素煤矿 31317 综采工作面移架过程中漏煤矸产生的大量粉尘问题进行研究。1 察哈素煤矿 31317 综采面概况察哈素煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市，隶属伊金霍洛旗乌兰木伦镇，距伊金霍洛旗阿镇约 35km，北距东胜区 70km，距成吉思汗陵 12km。31317 工作面南西为正在回采的 31315 工作面，北东为正在掘进的 31319 工作面，北西为一水平东翼辅助运输大巷措施巷，正南与尔林兔煤矿为邻。煤层底板标高+94525+97227m，工作面推进长度 533182m，宽度 285m，工作面面积 15196 万 m2。31317 工作面位于31 煤层，煤质成分主要为暗煤，其次为亮煤，含少量的硅煤和硫化物结核，呈沥青光泽，纹状结构，块状结构，裂隙不均。煤层倾角一般变化不大，局部有起伏;碳缝撞击 165，倾斜 255，倾斜角度 13。煤层结构复杂。煤层底部发育 02 层沟槽，厚度 0050m，煤层倾角变化不大，总体呈局部起伏。31317 工作面煤层厚度自东南向西北呈逐渐变薄的趋势;煤层厚度 484689m，平均厚度 591m1。2 通风条件31317 综采工作面主要采用 U 型通风系统，其风流路线如下:副井(主斜井)井底车场联络巷一水平东翼胶运、辅运大巷31317 工作面胶运顺槽31317 工作面31317 工作面回风顺槽一水平东翼回风大巷风井地面。综采工作面配风 202543m3/min。3 移架时粉尘浓度分布规律工作台表面是用液压支架支承的 ZY21000/30/63D。工作面端支撑结构为“三头三尾”，133 端支撑。将 2个过渡托架分别安装在末端托架与中间托架之间。工作面上液压支架 143 个，支架间隔为 205m。31 移架时粉尘浓度分布根据液压支架移架时的上风向 3m 与下风向 2m、5m、10m、15m、20m 六个测点，用直读式粉尘浓度传感器进行粉尘浓度测定，结果如表 1 所示。表 1移架时粉尘浓度测定结果编号测尘点全尘浓度/(mgm3)呼尘浓度/(mgm3)呼尘比重/%1支架上风向 3m2052125661212支架下风向 2m10327623060333支架下风向 5m7492436558264支架下风向 10m4536286563165支架下风向 15m2683164661356支架下风向 20m175611546572根据表 1 绘制如图 1 所示的粉尘浓度分布曲线，图像坐标原点取自移动坐标系，X 轴负方向表示测点位于移动坐标系的上风侧，X 轴正方向表示测点位于移动坐标系的上风侧。测点设置在动架的下风侧。根据图 1 所示的曲线，得出以下分析结果:移动机架产生的扬尘从机架与前缘的缝隙落31DOI:10.13487/ki.imce.023170下，在路上随风移动，不断扩散。机架移动时，立即产生大量粉尘，机架移动后粉尘源立即消失。机架移动时，从转运点 5m 处到机架下风侧，粉尘浓 度 迅 速 增 加，并 达 到 最 高 浓 度，全 程 可 达10327mg/m3。移动架附近产生的可吸入性粉尘比例较小，为5826%，大尘粒沉降时移动架下风向可吸入性粉尘的比例较大。图 1移架粉尘浓度沿程分布图32 移架控尘技术装置设计综采工作面的防尘技术包括采煤机内外喷雾、尘源跟踪洒水降尘系统。对大采高液压支架架间隔控降尘的应用较少。321 移架控尘装置国内使用的液压支架通常由底座、顶梁、立柱、液压油缸、护帮板及控制系统组成。工作面顶板的支撑主要依靠顶梁、立柱和液压油缸;底座主要起稳定作用;支架操作通过手动或电动实现。本文研发的装置具有系列化、通用化、运行可靠、拆装方便、维修方便等特点，具体的结构特点包括以下内容:护帮板有良好的传递功能，主要依靠四连杆稳固现有机构，能够将侧护千斤顶的荷载传递至煤壁或顶板，具有支护力大、支护效果好等优势。当侧护板完全收起时，车顶行李架前部与侧护板拉下所占的空间在垂直方向上仅为 270mm，小于车顶行李架 296mm 的厚度，大大提高了车顶行李架的适应性，符合工作表面条件。该装置采用了顶梁整体结构，顶梁前端 1300mm部分翻转 3，能够较大幅度地优化顶梁前部屋面的连接效果，顶梁前端对顶板的支撑能力经过优化设计，不仅能提高连梁的抗剪能力，还可以降低工程造价，节省固定的项目成本2。上梁与盖梁之间设计了机械约束机构，对上梁进行强制约束，防止上梁过度抬升，保护平衡千斤顶，增加支架的适应性和可靠性。避免复杂地形高支架的设计、施工和拆除，缩短日常施工时间，降低现有施工风险。支座有固定刚性底座，底部密封底板增加了底座的接地面积，降低了支座对底板的比压，适应煤层的地质条件。改进后的支撑结构变形大大减少，满足了设计要求，达到了优化设计的目的。322 支架设计中的液压控制系统支护设计依据察哈素煤矿综采工作面 31317 煤层开采的地质要求。选用 ZY3200/14/28 双立柱盾构，液压支架系统采取邻架手动液压操作方法，运行时给维护人员配备了新型的高流量快速货架转换系统，该货架系统的转换速度更快。同时，在立柱上配备高流速安全阀，提高了对机架的适应性。采取模块化结构，安装方便，拆卸时间短。两个液压缸均采用活塞缸，密封性好，具备耐磨性;两个液压泵、管道和控制装置由主机提供;各部件的安装维修方便，提高了工作效率和故障的排除效率。两个液压缸装有独立的压力阀，具有良好的密封性和耐磨性。同时，电路的隔离结构保证了管路的泄漏。各级液压缸的工作压力不泄漏，保证系统的安全和长寿。另外，两个液压缸采用大直径和不同尺寸的活塞和气缸。借助不同尺寸的活塞，获得精确的运动参数，便于进行高效的工作调整，提高系统的效率和可靠性。323 支架设计中的防倒防滑系统支架底座的中心是根据底部调节支架的安装位置设计的。如果工作台的倾斜度较大，可在支架中间安装可调支架，以调节相邻支架之间的距离，支撑并防止支架整体滑落。底部调节支架由液压控制的单向锁控制。轴承座内可安装轴承，起到固定轴承的作用。在工作台面主体部分，相邻支架采用索脚装置，防止支架下降时掉落。电缆支撑装置安装在支撑上梁柱盖前部的电缆固定轴与相邻车架支撑架的前轴支撑环之间。采用绳索悬吊平衡其重力，防止其滑落和脱离，确保作业的安全性。正常情况下，在工作面采煤和回采过程中，底板位移过大，不利于底板的结构安全，影响工作条件和巷道回采，增加了安全风险，通常采取措施加强对屋顶的管控。传统的防坠瓦系统采用屋面定位锚和临时防坠防滑措施对屋面进行管理，但由于屋面更换频繁，往往存在一定的安全隐患。ZY3200/14/28 型双柱保护式液压支架采用液压系统电液控制系统，满足了防坠落防滑系统的设计要求。道路施工后，可调整防坠板系统，确保屋顶安全。324 支架设计中的 CAE 技术ZY21000/30/63D 掩护式液压支架的设计采用了41CAE(Computer Aided Engineering)技术。两柱掩护式液压支架设计时根据矿用液压支架的规格选择两柱掩护式液压支架。由于本井巷底板的宽度较小，设计时应充分考虑安全可靠的原则而将尺寸减少。采用 Solid Edge 软件进行支架的三维实体建模。本文采用三维实体模型制作技术，具体步骤如下:首先，导入三维数据，通过三维建模软件将收集的结构数据制作成空间实体模型。其次，基于空间实体模型和实际的工程结构建立各支承体系边界，并根据各支承体系之间的位置关系构建各支承体系的连接体，建立各个支承体系连接体之间的关系模型及实体结构，并根据各个支承体系连接体之间的连接关系，建立各支承体系连接体之间关系模型及实体结构。最后，利用模型建立各个支承体系内部的几何连接层和各支承体系内部的空间构造关系，实现工业生产过程中的三维实体建模功能。支架运动学和动力学仿真分析。模拟支架在实际工况下的运动学和动力学特性，通过系统的压力调节和油液流动控制等方式实现对各元件施加压力调节;对不同状态下的系统压力进行分析，确定液压泵流量和压力传感器测量参数，并进行模拟试验，获得实际流量、压力及压力变化曲线等工况的参数，通过模拟试验得到各组元件的运动情况，计算各元件的参数，最终确定是否采用压力传感器测量参数进行压力与位移的自动控制设计及优化设计。结构件有限元分析。为方便液压支架在实际工作中的模拟，需对液压支架支承体系的各个组件进行有限元分析。根据系统结构，通过 CAE 软件对各组件建立三维模型，在节点上设置相应的约束条件，反映了支架的外观、空间关系及运动学和动力学特性，使支架的设计更趋向完美。图 2 为架间控尘装置示意图。图 2架间控尘装置示意图33 解决问题装置包裹了架间漏煤矸缝隙，消除了漏煤矸的安全隐患。减少了漏煤矸的落差高度，大大降低了漏煤矸被风流扰动产生的粉尘浓度。将漏煤矸转移出行人防护区，改善了现场的作业环境。行人区无落煤矸，减轻了清除漏煤矸的作业负担。隔控架间漏煤矸有效率超过 98%。架间漏煤矸尘源有效降尘率超过 90%。4 结语总之，通过对 31317 综采工作面的研究分析，为治理 31317 综采工作面粉尘浓度超标问题提供了理论依据，基本可以得出:移架过程中产生的粉尘对周围施工作业环境的影响较大，为此，本文根据综采工作面的产尘特点和施工现场的实际情况，设计了一种新型的架间控尘装置，并通过试验对装置结构进行了优化。通过现场使用试验影响分析，该装置对机架移动时产生的粉尘具有防护效果。参考文献:1 庞杰文，谢建林，李川田，等大采高综采工作面粉尘分布特征研究 J 煤炭科学技术，2017，45(03):7883 2 程卫民，周刚，陈连军，等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):120作者简介:钱国栋(1975)，男，内蒙古包头人，本科，高级工程师，研究方向:采矿工程。51