1 概述
在煤礦生產(chǎn)過程中,采、掘、運(yùn)各個(gè)工序?qū)a(chǎn)生大量粉塵。粉塵危害主要有兩方面:一是對人體的危害,如果人的肺部長期吸入大量的礦塵,就可患塵肺病,塵肺病是目前危害較大的一種礦工職業(yè)病。二是煤塵爆炸危害,煤層爆炸是煤礦的嚴(yán)重災(zāi)害之一,它嚴(yán)重威脅著礦井安全。近幾年來,瓦斯煤塵爆炸事故仍時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響了礦井安全生產(chǎn)和職工生命。因此,搞好礦井粉塵綜合治理已迫在眉睫。煤礦生產(chǎn)過程中粉塵主要來源于采掘工作面,尤其是采掘機(jī)械的迅速發(fā)展,使煤礦機(jī)械化程度大為提高,采掘能力也隨之加大,促進(jìn)煤炭產(chǎn)量成倍增長。但是,在這種生產(chǎn)條件下煤礦的產(chǎn)塵強(qiáng)度也隨之增大,采掘工作面的粉塵濃度大幅度增加,據(jù)統(tǒng)計(jì),在地質(zhì)條件和通風(fēng)狀況基本相同情況下,不同的采掘方法其粉塵濃度相差很大。例如,在無防塵措施條件下,炮采時(shí)的粉塵濃度為300~500mg/m3,而機(jī)采時(shí)的粉塵濃度可達(dá)1000~3000 mg/m3,綜采則高達(dá)4000~8000 mg/m3。因此,對現(xiàn)代化礦井采掘防塵技術(shù)的研究與應(yīng)用是很有必要的。
2 綜采工作面的防塵技術(shù)
許廠煤礦是1998年投產(chǎn)的現(xiàn)代化大型礦井,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬t/a,2002年實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到320萬t,2003年將突破340萬t。該礦主要特點(diǎn)是人員少(現(xiàn)不足1000人),機(jī)械化程度高,采煤工作面采用德國進(jìn)口SL-300型連續(xù)采煤機(jī)、國產(chǎn)支撐掩護(hù)式支架。工作面正常采用的降塵措施有:采煤機(jī)內(nèi)外噴霧,面前架間噴霧,面后放煤口噴霧及各轉(zhuǎn)載點(diǎn)轉(zhuǎn)載噴霧等主要防塵措施。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測定,在采取上述防塵措施后,粉塵濃度仍達(dá)到116~337 mg/m3,均嚴(yán)重超過國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此,我們研究和應(yīng)用了以下幾項(xiàng)新的防塵技術(shù)。
2.1 采煤工作面機(jī)組行走自動(dòng)光控噴霧裝置
綜采工作面隨機(jī)自動(dòng)噴霧裝置的每組噴霧由1臺(tái)主機(jī)、1個(gè)紅外線傳感器、1個(gè)電磁閥、1組噴頭、電纜等組成。由電磁閥控制噴頭,主機(jī)控制電磁閥;電源是交流電127V(用工作面照明電源)。每組噴霧的主機(jī)間用電纜連接,實(shí)現(xiàn)噴霧聯(lián)鎖。安設(shè)方法及使用過程:從工作面進(jìn)風(fēng)口處開始每5架1組噴頭進(jìn)行排列(噴頭安裝固定在前探梁上),當(dāng)采煤機(jī)經(jīng)過自動(dòng)噴霧點(diǎn)的位置時(shí),采煤機(jī)上的光源裝置所發(fā)射的光信號(hào)被傳感器(傳感器安裝固定在支架前探梁上)接受,則此時(shí)(包括此點(diǎn))以下回風(fēng)流中的所有噴霧自動(dòng)打開(假若光源光線比較弱或者光源離傳感器比較遠(yuǎn)則打開的噴霧組比較少),執(zhí)行自動(dòng)噴霧,并延時(shí)一段時(shí)間,延時(shí)時(shí)間可根據(jù)機(jī)組行走速度及所打開噴霧組的多少任意調(diào)整(詳細(xì)布置見圖1)。該自動(dòng)噴霧裝置的研制使用,減少了移架時(shí)人工開啟單向閥實(shí)現(xiàn)架間噴霧除塵這道工序原來人工操作來回開停頻繁,職工怕麻煩,有時(shí)架間噴霧不開,造成煤塵飛揚(yáng),影響防塵效果。
1-支架架間光控自動(dòng)噴霧;2-支架架間手動(dòng)噴霧;3-光控傳感器;4-光源;5-采煤機(jī)內(nèi)源噴霧;6-采煤機(jī)外噴霧。
圖1 采煤機(jī)行走割煤光控自動(dòng)噴霧示意圖
2.2 采煤機(jī)負(fù)壓二次防塵裝置
采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵是近期在高等院校幫助指導(dǎo)下研制的負(fù)壓二次降塵技術(shù)。它是利用噴吸裝置向塵源區(qū)域噴射霧流降塵,與此同時(shí),在噴吸裝置內(nèi)部的射流后方形成負(fù)壓區(qū),將噴吸裝置尾部降壓場內(nèi)的含塵空氣吸入并通過噴吸裝置再噴射出去,在這一過程中將煤塵捕捉下來。這種降塵方法的降塵效果與霧流參數(shù)、負(fù)壓強(qiáng)度、吸入空氣量、吸氣口負(fù)壓場范圍、工作區(qū)風(fēng)速及方向等因素有關(guān);對噴吸裝置而言,則與裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、安裝位置、方向、噴嘴形式、噴口尺寸、噴霧壓力及流量等因素有關(guān)。采用負(fù)壓二次降塵技術(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場條件進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì),以達(dá)到最佳降塵效果。
2.3 轉(zhuǎn)載機(jī)同步自動(dòng)噴霧
原采煤工作面回風(fēng)道在轉(zhuǎn)載機(jī)以外5~10m處安設(shè)1組回風(fēng)流凈化水幕,采用閥門人工手動(dòng)控制,但由于人為因素在轉(zhuǎn)載運(yùn)行時(shí)而水幕經(jīng)常忘記開動(dòng),造成粉塵得不到有效控制;有時(shí)膠帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)停運(yùn)、但水幕則正常噴霧,不僅起不到降塵效果,而且造成水資源浪費(fèi),并影響煤質(zhì)。
針對以上存在問題,我們組織工程技術(shù)人員進(jìn)行攻關(guān),通過反復(fù)實(shí)驗(yàn),利用設(shè)備開停傳感器卡在轉(zhuǎn)載電機(jī)供電電纜上,只要轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就有電流流動(dòng),開停傳感器將有信號(hào)輸出,利用光控或聲控自動(dòng)噴霧主機(jī),將開停傳感器獲取的信號(hào)進(jìn)行處理,來控制電磁閥實(shí)現(xiàn)水幕自動(dòng)開停。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)開動(dòng)有粉塵產(chǎn)生時(shí),水幕自動(dòng)開啟,進(jìn)行噴霧降塵,當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)停止運(yùn)行無粉塵產(chǎn)生水幕將自動(dòng)關(guān)閉。該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用,不僅節(jié)約大量水資源,且降塵效果明顯。
3 掘進(jìn)工作面的防塵技術(shù)
在煤礦井下采、掘、運(yùn)等幾項(xiàng)主要生產(chǎn)系統(tǒng)中,除回采外,巷道掘進(jìn)是礦井的主要塵源。按掘進(jìn)方式可分為機(jī)掘和炮掘兩種,隨著煤礦機(jī)構(gòu)化水平的提高,現(xiàn)礦井掘進(jìn)大都采用成巷速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低的綜掘機(jī)掘進(jìn)巷道。許廠煤礦是一個(gè)現(xiàn)代化程度較高的礦井,現(xiàn)所有巷掘進(jìn)全部采用綜掘機(jī)掘進(jìn),現(xiàn)有綜掘機(jī)5臺(tái),其中日本進(jìn)口MRH-S200綜掘機(jī)2臺(tái),國內(nèi)佳本斯生產(chǎn)S100綜掘機(jī)3臺(tái)。由于機(jī)構(gòu)化掘進(jìn)工作面是用大功率綜掘機(jī)強(qiáng)力截割煤,產(chǎn)塵量特別大。據(jù)現(xiàn)場實(shí)測,在不采用綜合防塵措施情況下,機(jī)掘工作面的粉塵濃度為2000~3000 mg/m3,個(gè)別高達(dá)6000 mg/m3左右,不難看出,機(jī)掘防塵是礦井綜合防塵極為關(guān)鍵重要的一環(huán)。
3.1 綜掘機(jī)外噴霧與巷道風(fēng)流凈化水幕聯(lián)動(dòng)自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)
噴霧灑水降塵是機(jī)掘工作面采取的主要防塵措施之一。掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)噴霧灑水有兩種方式,即內(nèi)噴霧和外噴霧。目前,我國煤礦使用的各種型號(hào)掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧均利用地不好,主要原因是截割部伸縮油缸浮動(dòng)密封不過關(guān),容易使降塵水串入電機(jī),造成電機(jī)短路,因此機(jī)掘工作面的噴霧灑水降塵主要還是靠綜掘機(jī)的外噴霧發(fā)揮作用。而外噴霧的開停是靠綜掘機(jī)司機(jī)操作人為控制,以及掘進(jìn)迎頭內(nèi)凈化風(fēng)流水幕也采有閥門式人工開停,因此水幕經(jīng)常得不到正常使用,造成粉塵超標(biāo)。針對上述問題,我們研制了綜掘機(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)割煤與巷道風(fēng)流凈化聯(lián)動(dòng)自動(dòng)噴霧降塵裝置,該裝置原理是利用掘進(jìn)機(jī)截割部控制操作電源(110V),從中引出一路控制線,進(jìn)入三通接線盒,從接線盒中分出兩路,一路控制掘進(jìn)機(jī)滾筒外噴霧裝置電磁閥,一路控制工作面30m內(nèi)凈化風(fēng)流水幕;當(dāng)掘進(jìn)時(shí),只要滾筒旋轉(zhuǎn),外噴霧裝置及風(fēng)流凈化水幕將自動(dòng)開啟,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧。當(dāng)滾筒停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),兩組降塵裝置將自動(dòng)停止噴霧。即:當(dāng)掘進(jìn)工作面有粉塵產(chǎn)生時(shí),兩組降塵裝置將自動(dòng)開啟實(shí)現(xiàn)噴霧降塵,當(dāng)掘進(jìn)工作面無粉塵產(chǎn)生時(shí),兩組噴霧自動(dòng)關(guān)閉。通過現(xiàn)場試用后取得了很好的降塵效果。
3.2 風(fēng)水高壓遠(yuǎn)程放炮自動(dòng)噴霧技術(shù)
炮掘工作面中,放炮工序持續(xù)時(shí)間雖短,但產(chǎn)生的粉塵濃度卻比其它工序高。許廠煤礦半煤巖、全巖巷道均采用炮掘。針對放炮時(shí)工作面粉塵濃度高的特點(diǎn),我們設(shè)計(jì)一種槍口式噴霧裝置。其工作原理是聲控風(fēng)水聯(lián)動(dòng)組合式,利用掘進(jìn)工作面的供風(fēng)供水管路組合而成,風(fēng)、水在噴霧槍管內(nèi)匯合后噴出,出水口在槍管內(nèi)前端,高壓風(fēng)口在后端,噴霧方向能隨意靈活調(diào)整。放炮時(shí)發(fā)出的爆炸沖擊波被傳感器接收并轉(zhuǎn)換成微弱電信號(hào)后傳送至主機(jī),主機(jī)將同時(shí)控制供風(fēng)、供水兩路管路的電磁閥打開,實(shí)現(xiàn)高壓遠(yuǎn)程自動(dòng)噴霧。以及噴霧槍口角度的反復(fù)實(shí)驗(yàn),取得了噴霧距離最遠(yuǎn)可達(dá)到30m(見圖2),同時(shí)霧化效果好,通過現(xiàn)場實(shí)測,使用高壓遠(yuǎn)程放炮自動(dòng)噴霧降塵率達(dá)到90%以上。
圖2 高壓遠(yuǎn)程放炮自動(dòng)噴霧裝置原理圖
4 實(shí)施效果
綜上所述,在機(jī)械化程度相對較高情況下,采掘工作面除正常采取防塵措施,加之上述幾項(xiàng)自動(dòng)化防塵技術(shù)的實(shí)施,使許廠煤礦井下粉塵得了有效控制。經(jīng)現(xiàn)場粉塵實(shí)際測定,總測塵點(diǎn)(次)數(shù)122點(diǎn)(次),達(dá)到國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)112點(diǎn)(次),合格率達(dá)到100%;煤塵83點(diǎn)(次),合格73點(diǎn)(次),合格率88%。巖塵濃度控制在0.8~10 mg/m3,煤塵濃度控制在4~66 mg/m3,為井下生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境,使礦井面貌整體上了一個(gè)新臺(tái)階。許廠礦2000年順利通過了ISO9002質(zhì)量認(rèn)證體系和ISO14001環(huán)保體系認(rèn)證。2003年下半年正在組織OHSMS18000職工健康安全管理體系認(rèn)證的外審工作,從而使礦井綜合管理水平在不斷提高,許廠煤礦已連續(xù)2a被評為全國高產(chǎn)高效雙十佳礦井。