现代化矿井采掘防尘技术的研究与应用

现代化矿井采掘防尘技术的研究与应用张志峰（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西省兴县，033602）摘要:对目前矿井采掘面防尘技术进行研究，在现有基础上探索出现代化的矿井采掘面防尘新技术并应用于实际。关键词：现代化矿井防尘技术1概述在煤矿生产过程中，采、掘、运各个工序都将产生大量粉尘，而采掘工作面产生的粉尘是矿井粉尘的主要来源，尤其是采掘机械的迅速发展，使煤矿机械化程度大为提高，采掘能力也随之加大，促进煤炭产量成倍增长，在这种生产条件下煤矿的产尘强度也大幅度增大，采掘工作面的粉尘浓度显著增加。据统计，在地质条件和通风状况基本相同情况下，不同的采掘方法其粉尘浓度相差很大。在无防尘措施条件下，炮采时的粉尘浓度为300～500mg/m3，而机采时的粉尘浓度可达1000～3000mg/m3，综采则高达4000～8000mg/m3。粉尘危害主要表现在两方面：一是对人体的危害，如果人的肺部长期吸入大量的矿尘，就可能患尘肺病；二是煤尘爆炸危害，在一定的条件下会引发矿井煤尘爆炸，煤尘爆炸是煤矿的严重灾害之一，它严重威胁着矿井安全。近几年来，瓦斯煤尘爆炸事故仍时有发生，严重影响了矿井安全生产和职工生命，尘肺病仍是困扰我们的最主要的职业病。因此，对现代化矿井采掘防尘技术的研究与应用是很有必要的，对煤矿安全有着深远意义。2综采工作面的防尘技术斜沟煤矿是西山煤电集团公司子公司山西西山晋兴能源有限责任公司所属矿井，该矿主要特点是低瓦斯、煤尘爆炸性强（西山最强）、人员少（现不足2000人），机械化程度高，采煤工作面采用国产1200型采煤机、国产掩护式支架。工作面正常采用的降尘措施有：采煤机内外喷雾，架间喷雾及各转载点转载喷雾等主要防尘措施。经现场实际测定，在采取上述防尘措施后，粉尘浓度仍达到160～316mg/m3，均严重超过国家卫生标准。因此，我们研究和应用了以下几项新的防尘技术。2.1采煤工作面机组行走自动光控喷雾装置与常开支架喷雾配合使用综采工作面随机自动喷雾装置的每组喷雾由1台主机、1个红外线传感器、1个电动球阀、1组喷头、电缆等组成。由电动球阀控制喷头，主机控制电动球阀；电源是交流电127V（用工作面照明电源）。每组喷雾的主机间用电缆连接，实现喷雾联锁。安设方法及使用过程：从工作面回风口处开始每5架1组喷头进行排列（喷头安装固定在前探梁上为原有支架所带），当采煤机经过自动喷雾点的位置时（距离大约10米），采煤机上的光源装置所发射的光信号被传感器（传感器安装固定在支架前柱上）接收，则此点的喷雾自动打开（在回风流侧），执行自动喷雾，并延时一段时间，（详细布置见图1），有效拦截采煤机割煤时产生的煤尘。同时在工作面每隔30米设置一组支架常开喷雾，形成喷雾降尘带，共同对采煤面的煤尘进行处理，防尘效果显著。1－支架架间光控自动喷雾；2－支架架间手动喷雾；3－光控传感器；4－光源；5－采煤机内源喷雾；6－采煤机外喷雾。图1采煤机行走割煤光控自动喷雾示意图2.2采煤机负压二次降尘装置采煤机负压二次降尘是近年在高等院校帮助指导下研制的降尘新技术。它是利用喷雾装置向尘源区域高压喷射雾流降尘，与此同时，在喷雾装置内部的射流后方形成负压区，将喷雾装置尾部降压场内的含尘空气吸入并通过喷吸装置再喷射出去，在这一过程中将煤尘捕捉下来。这种降尘方法的降尘效果与雾流参数、负压强度、吸入空气量、吸气口负压场范围、工作区风速及方向等因素有关；对喷雾装置而言，则与装置的结构、尺寸、安装位置、方向、喷嘴形式、喷口尺寸、喷雾压力及流量等因素有关。斜沟煤矿采用负压二次降尘技术后，外喷雾降尘效果十分明显。2.3转载机同步自动喷雾原采煤工作面回风道在转载机以外30～150m处安设3组回风流净化水幕，采用阀门人工手动控制，但由于人为因素在转载机运行时而水幕经常忘记开启，造成粉尘得不到有效控制；有时胶带机、转载机停运，但水幕仍正常喷雾洒水，不仅起不到降尘效果，而且造成水资源浪费和积水，并影响煤质和行人通过。针对以上存在问题，我们组织工程技术人员进行攻关，通过反复实验，利用单体液压支柱液枪进行改造，卡在胶带机两侧管架上，只要胶带机转动且有胶带上有煤就会打开水幕的开关，实现水幕自动开启喷雾降尘。当胶带机停止运行或运行的胶带机上无煤时，水幕将自动关闭。该项技术的研究与应用，不仅节约大量水资源，且降尘效果明显。3掘进工作面的防尘技术在煤矿井下采、掘、运等几项主要生产系统中，除回采外，巷道掘进是矿井的主要尘源。按掘进方式可分为机掘和炮掘两种，随着煤矿机械化水平的提高，现矿井掘进大都采用成巷速度快、劳动强度低的综掘机掘进巷道。斜沟煤矿是一个现代化程度较高的矿井，现所有巷掘进全部采用综掘机掘进。由于机械化掘进工作面是用大功率综掘机强力截割煤，产尘量特别大。据现场实测，在不采用综合防尘措施情况下，机掘工作面的粉尘浓度为2000～3000mg/m3，个别高达6000mg/m3左右，不难看出，机掘防尘是矿井综合防尘极为关键重要的一环。3.1综掘机外喷雾与巷道风流净化水幕联动自动喷雾降尘技术喷雾洒水降尘是机掘工作面采取的主要防尘措施之一。掘进机工作时喷雾洒水有两种方式，即内喷雾和外喷雾。目前，我国煤矿使用的各种型号掘进机的内喷雾均利用地不好，主要原因是截割部伸缩油缸浮动密封不过关，容易使降尘水串入电机，造成电机短路；或者是更换截割部损坏喷雾铜管，因此机掘工作面的喷雾洒水降尘主要还是靠综掘机的外喷雾发挥作用。而外喷雾的开停是靠综掘机司机操作人为控制，掘进面迎头内净化风流水幕也采有阀门式人工开停，因此水幕经常得不到正常使用，造成粉尘超标。针对上述问题，我们研制了综掘机滚筒旋转割煤与巷道风流净化联动自动喷雾降尘装置，该装置原理是利用掘进机截割部控制操作电源（110V），从中引出一路控制线，进入三通接线盒，从接线盒中分出两路，一路控制掘进机滚筒外喷雾装置电磁阀，一路控制工作面30m内净化风流水幕；当掘进时，只要滚筒旋转，外喷雾装置及风流净化水幕将自动开启，实现自动喷雾。当滚筒停止运转时，两组降尘装置将自动停止喷雾。即：当掘进工作面有粉尘产生时，两组降尘装置将自动开启实现喷雾降尘，当掘进工作面无粉尘产生时，两组喷雾自动关闭。通过现场试用后取得了很好的降尘效果。3.2风水高压放炮自动喷雾技术炮掘工作面中，放炮工序持续时间虽短，但产生的粉尘浓度却比其它工序高。斜沟煤矿半煤岩、全岩巷道均采用炮掘。针对放炮时工作面粉尘浓度高的特点，我们改制了一种喷雾装置。其工作原理是声控风水联动组合式，利用掘进工作面的供风供水管路组合而成，风、水在喷雾水管内汇合后喷出，出水在高压风作用下高速喷出。放炮时发出的爆炸冲击波被传感器接收并转换成微弱电信号后传送至主机，主机将同时控制供风、供水两路管路的电磁阀打开，实现高压远程自动喷雾。该主机采用电池组控制，不使用电源，2个月在地面充电一次，喷雾雾化效果不错，通过现场实测，使用高压放炮自动喷雾降尘率达到80％以上。图2高压放炮自动喷雾装置原理图4抑尘网在水幕上的应用在我矿所有采掘地点，我们将抑尘网同水幕配合使用，起到很好的效果，降尘率提高20％以上。5实施效果综上所述，在机械化程度相对较高情况下，采掘工作面除正常采取防尘措施，加之上述几项自动化防尘技术的实施，使斜沟煤矿井下粉尘得了有效控制。经现场粉尘实际测定，总测尘点（次）数122点（次），达到国家卫生标准112点（次），合格率达到91.0％；煤尘83点（次），合格73点（次），合格率88％。岩尘浓度控制在0.8～10mg/m3，煤尘浓度控制在4～69mg/m3，为井下生产创造了良好的工作环境，使矿井面貌整体上了一个新台阶。参考文献：[1]马志平.机械自动化的未来与现状[M].北京：机械工业出版社，2003.5.[2]张世昌.先进制造技术[M].天津：天津大学出版社，2004.[3]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2006.1.作者简介：张志峰，男，山西洪洞人，机械电子工程专业，山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿通风科科长。