建新煤矿综掘工作面多级除尘技术设计及应用研究

张愿愿

(陕西建新煤化有限责任公司,陕西 黄陵 727307)

建新煤矿4209综采放顶煤工作面位于42盘区西翼,工作面东界为4211工作面(未开采),南界为4-2煤层可采边界,北界为42盘区大巷保护煤柱,西侧为实体煤,工作面设计走向长度为2 963 m.工作面开采4-2号煤层,煤层厚度为2.4～12.6 m,工作面采用两巷布置方式,呈“U”型通风系统。根据建新煤矿以往掘进工作面粉尘测点数据得知,在无降尘措施条件下,掘进迎头附近粉尘质量浓度达1 100 mg/m3左右,仅采用综掘机内、外喷雾降尘措施条件下,掘进机司机处总粉尘质量浓度仍达500 mg/m3左右,呼吸性粉尘质量浓度达300 mg/m3以上,远远超出《作业场所空气中粉尘浓度标准》的要求。目前建新煤矿还未探索出一套行之有效的综合除尘方案,综掘工作面现场施工环境仍较恶劣,因此,本文以4209运输巷掘进工作面为工程背景,对综掘面粉尘运移规律和多级除尘技术展开深入研究,为综掘面除尘提供科学合理的指导。

2.1 抽、压组合式除尘通风方案设计

针对建新煤矿综掘工作面粉尘治理现状,对煤质相近、率先采用抽、压联合除尘通风技术的玉华矿2410综掘工作面进行了调研、分析。在此基础上,设计适合于建新煤矿4209综掘工作面的除尘通风方案。将在掘进工作面布置两条风管,保证压缩风机的送风量大于除尘风机的吸风量,形成前抽后压通风系统。该技术可以弥补单一压风除尘或抽风除尘方法的缺点。

1) 工作面合理风量匹配 。根据《煤矿安全规程》规定,工作面要求的最小风速为0.25 m/s,最大风速为4 m/s.此外,还计算并验证了稀释瓦斯气体所需的风量和工人呼吸所需的风量,得到4209掘进工作面现场压风管实际需要风量为521.3 m3/min,确定现场实际送风量为530 m3/min.压风管与排风管吸风量的比例关系将直接影响工作面的粉尘治理效果。根据王辉等学者的研究结论,推荐除尘器的处理风量为压风量的75%～80%,抽吸比控制在0.8.这样既保证了除尘风机内不发生循环风流,又保证了重叠段风速符合规定,从而达到最佳除尘效果。因此设计4209掘进工作面采用KCS-408D型抽湿式除尘风机,其实际风量为400 m3/min,在合理范围内。

2) 风筒距底板位置。通过相关文献查阅分析可知[1-2],压风风管高度约为0.7H(H为巷道高度)、抽风风管高度为0.6H时通风位置最优,且符合煤矿安全规定。因此,考虑4209综掘工作面现场布置,巷道高度H=4.0时,压风管和除尘风机风筒轴心距底板高度分别为2.8 m和2.4 m.

3) 风筒距迎头端面位置。根据文献分析和现场操作经验[3-4],观察到压风管出风口与端面之间的距离过小时,易导致端面产生的粉尘被吹散到后方工作区;出风口与端面间距离如果超过有效范围,则难以形成抽压气流,影响未处理粉尘的排出。出风口与端面的最大有效距离为(0.6～ 0.8)S,掘进断面面积S为22.4 m2.压风管出风口至端面L1的最大距离为18 m.根据煤矿安全规程和现场施工工艺规范的要求,理想情况下,L1应在10～15 m之间。排风管吸风口与端面之间的距离不应超过0.25S.吸风口与端面L2之间的最大距离应为6 m.考虑到排风管对综掘机开挖施工的影响,建议根据现场要求,排风管吸风口与工作面保持5 m的距离。

2.2 抽、压组合式除尘通风方案的模拟验证

1) 建立数值模型。本文选取建新煤矿4209综掘工作面为研究对象。该工作面总长2 963 m,断面高4.4 m,宽5.7 m.巷道顶部为拱形结构,横截面积为22.4 m2.综采工作面整体结构复杂,使用三维绘图软件Pro-E很难对掘进面的真实细节进行建模,因此只能对面部的几何模型进行适当简化,研究计算区长50 m,如图1所示。电缆沟、水管对气流有一定影响,因此将其简化为距左煤岩壁50 mm的规则圆柱体。将压入式风管视为直径为1 m的圆筒,建新煤矿4209综掘面风管轴线距巷道底板2.8 m,风管悬挂在巷道右上角。矿井湿式除尘风机的结构比较复杂,将其视为直径为0.8 m的圆柱形风管。风管吸入口至工作面距离5 m,风管直接悬挂在采煤机上方,风管轴线距底板2.4 m.

图1 综掘面模型示意

2) 建新 4209工作面粉尘场运移规律。为了清楚地了解巷道粉尘质量浓度的变化情况,通过数值模拟得到对综掘工作面水平剖面云图。如图2(a)所示,当出风口距离工作面10 m时,排风机的吸入口受负压影响,粉尘源处的大部分粉尘会聚集在吸入口处,逐渐被吸入,由除尘系统进行处理。通过对出风口至工作面10 ～ 15 m处的粉尘质量浓度分布折线图进行对比分析见图2(b),发现随着出风口至工作面距离的增加,回风侧粉尘质量浓度降低,在40 m左右粉尘质量浓度达到稳定状态。当出风口距离工作面13 m时,回风侧粉尘质量浓度低于其他工况。将抽、压组合式除尘条件下的模拟结果与玉华矿2410综掘工作面实测结果进行对比可知,实测和模拟平均除尘效率分别接近60%和65%,基本接近于玉华矿实际除尘效率范围,粉尘变化趋势基本一致,说明数值模拟结果可靠,抽、压组合式除尘通风方法可达到预定的除尘效果,该除尘通风方案可用于建新矿2409综掘面,见图2(c)。

图2 数值模拟结果示意

3.1 湿式全断面捕尘帘降尘系统设计

为减少巷道悬浮粉尘,包括可吸入细颗粒物、二次输送点产生的粉尘等,在实施过程中采用防尘网和喷雾联动,尽量减少因长期大规模喷洒造成水浪费和底板积水。为提高工作效率和安全性,本系统设计实现自动化,如图3(a)所示。设计其湿式全断面尘幕如图3(b)所示,采用直径20 mm、壁厚5 mm以上的防锈钢管,根据巷道样式焊接成框架。尘幕两侧各安装两个红外传感器,防止尘幕移动过程中对行人造成意外伤害。框架靠近尘幕顶部安装喷嘴,净化水雾喷雾系统设有5个螺旋芯喷嘴(喷嘴孔径0.8～1.2 mm),在气流(风速≥0.25 m/s)的作用下,水雾颗粒附着在集尘网上形成滤水膜。将其安装在距离掘进工作面40 m的位置。

图3 全断面捕尘帘降尘系统

3.2 掘进机高压外喷雾系统改进

综掘机截割方式的不同将影响其内喷雾的应用效果,采取掏挖方式工作时,内喷雾喷出阻力增大,往往导致切削部分的内部喷嘴堵塞,无法正常工作。同样,辅助外喷系统也有很多缺点。例如,对尘源针对性不强,喷水压力不稳定等。针对现场遇到的问题,对综掘机内外喷雾降尘系统进行了改进。如图4所示,可分为内喷雾系统和辅助外部喷雾系统。为保证其正常工作,在喷雾系统上安装孔径为1.2 mm的螺旋齿形水芯喷嘴(空心锥),供水压力保持在4～6 MPa.另外,还增加了过滤装置来过滤所述喷雾水。

图4 综掘机辅助外喷雾装置

3.3 输送带转载点降尘

现代化矿山运输设备为带式输送机,地下运输转运点也是主要产尘点,产尘量占总粉尘量的5%～10%.为了缓解这一问题,必须在运输机的每个转运点安装防尘罩和喷雾雾化设施。因此,在建新煤矿4209掘进工作面各煤流转载点安设转载点喷雾系统,在转载机机头安装手动转载喷雾喷嘴4个;在胶带运输机每500 m安装1组胶带用风水射流喷雾,前后喷嘴为8个。

本次现场试验使用的是AKFC - 92 a粉尘取样器,测点如图5 (a)所示,试验结果如图5(b)和(c)所示。在启动多级除尘系统后,掘进工作面各个测点全尘和呼尘质量浓度均明显降低,其中司机处粉尘质量浓度降低最为显著,全尘、呼尘质量降幅分别达到96.8%和97.6%,全尘、呼尘质量浓度分别降至37.4 mg/m3和15.1 mg/m3;其余各处的降尘效率也达到85%左右,捕尘帘后方全尘、呼尘质量浓度分别降至18.4 mg/m3和4.6 mg/m3,说明多级除尘系统防止了粉尘向掘进迎头后方空间的扩散。现场应用表明,多级降尘技术在4209综掘面应用效果良好。

图5 多级除尘系统应用期间粉尘监测结果

本文以建新煤矿4209运输巷综掘工作面为背景进行掘进综合降尘技术研究,拟引进抽、压组合式除尘通风方案。通过工程类比、理论分析设计4209掘进面抽、压组合式通风方案,借助数值模拟手段研究工作面粉尘运移规律,确定出风口距迎头最佳距离为13 m,掘进机内、外喷雾,湿式全断面捕尘帘,转载点喷雾等多级除尘方案。在建新煤矿4209掘进工作面进行工业应用试验后,总体降尘效率在85%以上,掘进机司机处除尘效率更是达到95%以上,降尘效果显著。

猜你喜欢 出风口降尘风管 一种橡胶炼胶设备的冷却装置橡塑技术与装备(2023年12期)2023-12-052014款路虎揽胜空调出风口延迟出风汽车维修与保养(2021年8期)2021-02-16连云港市大气降尘时空分布特征环境监控与预警(2021年1期)2021-02-0512000t/d水泥熟料生产线三次风管的优化改造*水泥工程(2020年3期)2020-10-28济南市降尘通量时空分布特征研究生态环境学报(2019年9期)2019-11-04南京市大气降尘固碳微生物群落多样性研究环境科技(2016年3期)2016-11-08奥迪A6L车空调中央出风口不出风汽车维护与修理(2016年3期)2016-02-28盖州市大气降尘特征分析科技视界(2015年1期)2015-03-20一种中央空调导风装置中国经贸导刊(2014年7期)2014-04-11一种改善美式风管机整机Cd系数的方法河南科技(2014年16期)2014-02-27