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      綜采工作面采煤機高壓噴霧降塵技術(shù)研究

      2022-09-23 07:01:20范少峰
      機械管理開發(fā) 2022年9期
      關(guān)鍵詞:降塵采煤機粉塵

      范少峰

      (山西離柳焦煤集團兌鎮(zhèn)煤礦,山西 孝義 032300)

      引言

      綜采工藝是煤礦井下主要開采方式,隨著采面推進速度增加,煤炭產(chǎn)量明顯增大,但是也存在作業(yè)面內(nèi)粉塵濃度高問題,惡化井下作業(yè)環(huán)境并威脅采煤人員身體健康[1-3]。煤礦井下常用降塵技術(shù)包括噴霧降塵、煤層注水等,其中采煤機高壓噴霧具有除塵效果好、便于操作等優(yōu)點,是綜采工作面最為基礎(chǔ)的降塵措施[4-5]。但是現(xiàn)場應(yīng)用過程中受到作業(yè)面環(huán)境惡劣,采煤機高壓噴霧射程近、噴霧覆蓋范圍及噴霧量小等因素影響,面臨噴霧降塵效果不佳問題[6-8]。文中就以山西某礦91105綜采工作面粉塵治理為背景,對采煤機高壓噴霧降塵技術(shù)進行探討,以期能在一定程度上改善綜采工作面環(huán)境質(zhì)量、提高粉塵治理效果。

      1 91105工作面概況

      91105綜采工作面回采11號煤層,煤層埋深650 m,具有突出危險性。11號煤層厚度均值3.5 m,傾角6°,頂?shù)装逡阅鄮r、碳質(zhì)泥巖以及粉砂巖為主,煤層原始瓦斯含量9.5 m3/t。采面回采前在回采巷道內(nèi)間隔5 m布置本煤層瓦斯鉆孔進行瓦斯預(yù)抽。采面使用的采煤機型號為SL900,截割進尺900 mm,驅(qū)動電機功率2 200 kW。11號煤層原始含水率較低加之本煤層瓦斯抽采影響,煤層含水率進一步降低,采煤機割煤期間粉塵產(chǎn)生量較高。現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn),采面呼吸性粉塵以及全塵濃度最高分別可達220~480 mg/m3、950~2 260 mg/m3,粉塵濃度高、治理難度大。

      在生產(chǎn)過程中,受到采煤機機載噴霧系統(tǒng)噴嘴類型以及噴霧壓力不合理等因素影響,采煤機高壓噴霧效果不佳。

      2 粉塵治理技術(shù)研究

      2.1 粉塵治理思路

      91105綜采工作面粉塵產(chǎn)生量較大,采煤機割煤以及液壓支架移架是主要的粉塵來源,液壓支架上布置有噴霧系統(tǒng),可降低移架噴霧量,因此降低采煤機割煤期間粉塵外溢量是降低采面粉塵濃度的關(guān)鍵。依據(jù)工作面現(xiàn)場特點,提出采用射程遠、噴霧量大、霧化效果好以及覆蓋范圍大的噴霧進行降塵,并確定合理噴霧壓力,提高噴霧效果。將高壓噴霧系統(tǒng)、塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)成覆蓋采煤機產(chǎn)塵點的噴霧屏障,降低采煤機割煤期間粉塵外溢量,改善工作面環(huán)境。

      2.2 高壓噴霧降塵

      91105綜采工作面SL900原有的高壓噴霧降塵系統(tǒng)由于噴霧壓力小、水質(zhì)差以及噴嘴選型不合理等因素影響,存在噴嘴霧化效果不佳、粉塵治理效果差等問題。為此,采用機載高壓外噴霧系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機粉塵產(chǎn)生點全覆蓋降塵。采煤機割煤時,高壓噴霧系統(tǒng)可實現(xiàn)粉塵點全覆蓋并及時浸潤粉塵,從而抑制粉塵外溢。

      噴霧采用變頻控制高壓泵,供水壓力0~15 MPa,同時通過新型可拆卸噴嘴噴霧的霧滴粒徑控制在30~150 μm,可實現(xiàn)割煤滾筒全覆蓋且抗風(fēng)能力強。當(dāng)使用過程中某個噴嘴堵塞時通過拆卸即可快速清理噴嘴內(nèi)雜物,從而降低噴嘴堵塞對噴霧降塵效果影響。具體采用的噴嘴結(jié)構(gòu)如圖1所示。噴嘴內(nèi)部旋流芯設(shè)計為旋流槽形式,可增加噴霧霧化效果;中心孔可增大噴霧覆蓋范圍。

      圖1 新型可拆卸噴嘴示意圖

      在91105綜采工作面粉塵密度平均約為1.4 g/cm3,水霧半徑平均90 μm,噴霧系數(shù)為3,根據(jù)相關(guān)計算公式求得噴霧流量約為123 L/min。為確保采煤機高壓噴霧效果,選擇采用直徑1.5 mm噴嘴。采煤機上風(fēng)口、下風(fēng)口以及機身上各個角度分別布置噴嘴6個、10個、10個,噴霧流量分別為42 L/min、70 L/min、70 L/min,布置的26個噴嘴可實現(xiàn)全覆蓋噴霧降塵,噴霧總流量為182 L/min>123 L/min,表明整個高壓噴霧系統(tǒng)噴霧流量可滿足降塵需要。

      2.3 塵源跟蹤噴霧降塵

      2.3.1 現(xiàn)場布置

      采煤機割煤過程中產(chǎn)生大量粉塵,采用高壓噴霧降塵后仍會有粉塵外溢擴展至回采空間,為此采用塵源跟蹤降塵技術(shù)對進行全覆蓋降塵,具體如圖2所示。在采面液壓支架上布置紅外傳感器,可實現(xiàn)采煤機位置跟蹤,液壓支架上噴霧系統(tǒng)會隨著采煤機推移而移動,實現(xiàn)采煤機生產(chǎn)范圍圈覆蓋降塵,進一步降塵粉塵外溢量;同時為降低噴霧對底板影響,在與采煤機相距2架以上距離時液壓支架上噴霧系統(tǒng)會自動停止噴霧。

      圖2 塵源跟蹤噴霧降塵布置示意圖

      2.3.2 噴嘴類型確定

      在91105綜采工作面生產(chǎn)時風(fēng)速為1.0~1.5 m/s,噴嘴與采煤機間距為2.5 m,采煤機割煤通過機載高壓噴霧系統(tǒng)可捕獲大量粉塵,僅有少許粉塵外溢,因此對塵源跟蹤降塵系統(tǒng)噴嘴工作性能要求相對較低。為合理確定噴嘴性能,對1.5 m/s風(fēng)速下不同噴嘴射程隨噴霧壓力變化進行統(tǒng)計,具體如圖3所示。

      圖3 噴嘴噴霧射程隨噴霧壓力變化曲線

      從圖3看出,隨著噴霧壓力增加噴嘴噴霧射程均有所增大,當(dāng)噴霧壓力為12 MPa時,試驗采用的SB203、SS3007以及PZ2有效射程均可超過2.5 m,僅GA201噴嘴射程在2.3 m。在噴霧降塵時噴嘴噴霧覆蓋范圍不應(yīng)小于滾筒割煤產(chǎn)塵范圍,采用的SL900采煤機滾筒直徑2.2 m、割煤產(chǎn)塵范圍3.8 m2,具體SB203、SS3007以及PZ2噴嘴噴霧有效覆蓋范圍試驗結(jié)果如表1所示。

      根據(jù)表1結(jié)果并結(jié)合采煤機割煤產(chǎn)塵范圍,若塵源跟蹤噴霧實現(xiàn)產(chǎn)塵范圍圈覆蓋,則需要的噴嘴數(shù)及噴霧流量計算結(jié)果如表2所示。

      表1 不同噴嘴流量及覆蓋面積

      表2 塵源跟蹤噴霧降塵需要噴嘴流量及噴嘴數(shù)

      結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù),在滿足噴霧降塵需要、減少噴霧用水需要時,將噴霧壓力設(shè)定為12 MPa,噴嘴類型選擇PZ2型。

      3 現(xiàn)場粉塵治理效果分析

      在91105綜采工作面采用采煤機高壓外噴霧降塵以及塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)后,可實現(xiàn)采煤機割煤產(chǎn)塵點全覆蓋。對使用前后采面各位置粉塵濃度情況進行測定,具體結(jié)果見表3。

      表3 粉塵治理效果

      從表3中看出,高壓噴霧降塵技術(shù)應(yīng)用后,采煤機司機處、下風(fēng)側(cè)10 m處位置全塵以及呼吸性粉塵降低幅度分別超過89%、90%,取得顯著的降塵效果。

      4 結(jié)語

      1)在采煤機高壓外噴霧系統(tǒng)中通過采用新型可拆卸噴嘴、合理確定噴霧壓力及流量等,可實現(xiàn)采煤機割煤產(chǎn)塵點全覆蓋,并提高霧化效果及抗風(fēng)能力,降低采煤機割煤粉塵外溢量。

      2)使用粉塵跟蹤噴霧降塵技術(shù)可捕獲采煤機割煤外溢粉塵,進一步降低回采空間粉塵濃度。依據(jù)91105綜采工作面現(xiàn)場情況,確定噴嘴類型為PZ2、噴霧壓力12 MPa。

      3)現(xiàn)場應(yīng)用后,采煤機實際位置以及下風(fēng)側(cè)10 m位置處粉塵濃度均明顯降低,取得較為顯著粉塵治理效果。

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