浅析柠条塔煤矿粉尘综合防治示范矿井建设
2019-03-20惠双琳
惠双琳
(陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司,陕西 神木 719300)
0 引言
榆神府矿区是我国陕北煤炭基地的主力矿区,规划有千万吨级矿井10多对,且矿井现代化和机械化程度极高,在大幅提升产量的同时,也加剧了井下开采过程中的粉尘危害,且形势日趋严峻。我国改革开放进入新时期后,国家相继出台了《国家职业病防治规划》《煤矿作业场所职业病危害防治规定》及新版《煤矿安全规程》等政策法规,将煤矿粉尘职业病防治纳入到政府重点工作之中,要求各煤炭生产企业切实做好粉尘职业病危害源头治理[1-3]。因此,为积极响应国家政策,陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司依据国家相关文件精神向发改委申报了2016年度煤矿重大灾害治理示范工程建设项目,借鉴国内外先进的技术措施和管理经验,在陕北煤炭基地建立了首个粉尘综合防治示范矿井,有效地改善了井下的作业环境,其建设经验可为榆神府矿区其他矿井的粉尘治理提供一定的参考依据。
1 总体情况
1.1 矿井概况
柠条塔煤矿位于陕西省神木市西北部,距神木市约36 km,隶属陕煤集团陕北矿业分公司,省属国有重点煤矿,是国家发改委核准批复的陕西省神府矿区南区总体规划确定的四对大型矿井之一。矿井于2013年11月建设投产,设计能力为1 200万t/a,核定生产能力1 800万t/a,目前剩余服务年限68.9 a。矿井井田东西宽约9.5 km,南北长约19.5 km,面积119.8 km2,采用斜井多水平开拓,走向长壁后退式一次采全高工艺回采,分区式通风,瓦斯涌出量低,综采综掘机械化程度100%。
柠条塔煤矿装备了代表国内先进水平的综合机械化采煤与掘进设备,布置有3个回采工作面,1~2备采工作面和5~6个掘进工作面,生产能力极大、粉尘污染严重。虽然矿井采用了诸如采掘机械自带内外喷雾、架间喷雾、连采机自带除尘器等多种措施对其进行综合治理,并制定了矿井防尘管理制度,但由于矿井防尘并未进行系统设计,实用性和可靠性相对较差,且使用的技术措施相对落后,治理效果不太理想,粉尘浓度仍超过国家相关标准数倍,亟待进行治理。
1.2 示范矿井建设总体规划
为保证示范矿井建设能够顺利开展,矿井依托国内科研单位及设计单位的技术优势,制定科学的总体规划。
充分调研:通过现场调研和基础数据测试,掌握矿井各尘源的粉尘理化性质、产尘特点及粉尘运移规律等,并对现有防尘措施的使用效果进行评价,为防尘系统的设计提供参考依据。
系统设计:针对矿井防尘存在的问题,结合调研成果,遵循“技术先进、防尘效果好、技术途径可行、经济合理”的原则,采用国内外先进的防尘技术措施对矿井的防尘系统进行设计和优化。
设备先进:针对选用的防尘措施,遵循“自动化程度高、可靠性、适用性强”的原则在全国范围内公开招标,采购性能最优的防尘装备,并选用专业化的施工队组进行安装和调试,确保达到设计的降尘要求的目标。
粉尘监测:在粉尘治理取得明显效果的基础上,根据国家相关标准,基于矿井现有安全监控系统,建立全矿井粉尘在线监测系统,实现对井下各个主要作业区域粉尘浓度的实时监测。
完善制度:在现有防尘管理制度的基础上,采用先进的管理理念,进一步完善矿井防尘的组织机构、管理制度、操作规程、考核办法等制度,确保示范化矿井的效果能够得到持续。
2 粉尘综合治理技术措施
柠条塔煤矿主要的产尘区域是综采工作面、连采工作面、综掘工作面、转载运输及主要巷道等,相对应的尘源分别是在采煤机割煤、连采机割煤、综掘机割煤和转载运输上,在榆神府矿区的矿井极具代表性,下面针对上述5种尘源采取相对应的治理技术措施。
2.1 采煤机割煤粉尘治理
采煤机割煤是综采工作面最主要的尘源[4-6],其产尘量约占总量的60%,是综采面粉尘治理的难点。柠条塔煤矿综采工作面采用一次采全高、走向长壁后退式、综合机械化、全部垮落法管理顶板的回采方法,采高6.3 m,循环进度0.865 m。采煤机采用双向割煤,前滚筒沿顶板割顶煤,后滚筒割底煤,往返进两刀,日进尺10.38 m。工作面配备了3台S300型高压喷雾泵站,额定工作压力14.5 MPa,额定流量517 L/min,配风量2 228.6 m3/min,工作面有效断面26 m2,平均风速约1.43 m/s。正常割煤司机处的原始时间加权平均总粉尘浓度约56 mg/m3。
针对该问题,结合大采高综采工作面采煤机割煤的产尘特点和粉尘运移规律,首先采用采煤机尘源跟踪喷雾有效覆盖和快速湿润采煤机滚筒尘源及垮落破碎煤体,从根本上最大限度减少浮游粉尘的产生和飞扬;再采用采煤机含尘气流控制喷雾,引导上风滚筒摇臂处产生的高浓度含尘气流沿煤壁一侧运动,避免其向人行道的扩散,同时对沿煤壁一侧运移的粉尘进行有效净化。如图1所示。
图1 采煤机割煤粉尘治理原理示意图
系统经调试后,设置采煤机尘源跟踪喷雾上、下滚筒处各同时开启2架,每架布置喷嘴4个,设置采煤机控降尘顺风喷雾喷嘴5个,调节系统喷雾压力为6 MPa,喷雾总水量约160 L/min,可使采煤机司机处的总粉尘加权平均浓度由56 mg/m3降至4.8 mg/m3,降尘效率可达到91.4%。
2.2 连采机割煤粉尘治理
连采机割煤是连采工作面最主要的尘源[7],其产尘量约占总量的50%,是连采工作面粉尘治理的难点。柠条塔煤矿连采工作面开采煤层平均厚度为7.3 m,选用12CM15-10D型连续采煤机割煤双巷掘进,每隔65 m掘进一个联络巷,双巷共用一套运输皮带,巷道断面5.8 m×3.8 m,有效断面积为20 m2左右,配风量为400 m3/min,正常割煤时司机处的原始时间加权平均总粉尘浓度约为23 mg/m3左右。
针对该问题,结合连采工作面连采机割煤的产尘特点和粉尘运移规律,在保证掘进机原有内外喷雾正常使用的前提下,采用长压短抽通风除尘系统,利用附壁风筒将压入工作面的轴向风流改变成沿巷道周壁旋转的径向风流向迎头推进,在司机的前方建立起空气屏幕,控制飞扬粉尘向后方扩散,再利用高效抽尘净化系统将含尘气流吸入至除尘器净化处理,将干净的风流排至巷道中。如图2所示。
图2 连采工作面长压短抽通风除尘系统配套示意图
系统经调试后,设置附壁风筒轴径向出风比为1∶2,轴、径向出风距离分别为10 m、18 m,选用KCS-550D型除尘器进行配套,可将连采机司机处的总粉尘加权平均浓度由23 mg/m3降至2.5 mg/m3,降尘效率可达到89.1%。
2.3 综掘机割煤粉尘治理
综掘机割煤是综掘工作面最主要的尘源,其产尘量约占总量的70%,是综掘工作面粉尘治理的难点[8]。柠条塔煤矿综掘工作面开采煤层平均厚度4.8 m,选用EBZ-160型悬臂式综掘机沿底板单巷掘进,每隔65 m掘进一个倒车硐室,巷道断面尺寸5.8 m×3.75 m,有效断面积为20 m2左右,配风量为375 m3/min,正常割煤时司机处的原始时间加权平均总粉尘浓度为28.8 mg/m3左右。
针对该问题,结合连采工作面连采机割煤的产尘特点和粉尘运移规律,在保证掘进机原有内外喷雾正常使用的前提下,采用长压短抽通风除尘系统进行治理,系统原理与综掘工作面相同,仅在配套工艺上有所不同,如图3所示。
图3 综掘工作面长压短抽通风除尘系统配套示意图
系统经调试后,设置附壁风筒轴径向出风比为1∶2.5,轴、径向出风距离分别为8 m、15 m,选用KCS-550D型除尘器进行配套,可将综掘机司机处的总粉尘加权平均浓度由28.8 mg/m3降至1.9 mg/m3,降尘效率可达到93.4%。
2.4 转载运输粉尘治理
转载运输是矿井主要巷道最主要的尘源,柠条塔煤矿现有胶运大巷约12 km,主皮带转载点12个,作业区域原始总粉尘加权平均浓度可达8.4 mg/m3,针对该问题,根据产尘特点主要采用触控自动喷雾进行治理,如图4所示。单个喷雾设喷嘴2个,采用静压供水,喷雾用水量4 L/min,可将总粉尘加权平均浓度由8.4 mg/m3降至1.2 mg/m3,降尘效率可达到85.7%。
图4 转载运输喷雾布置示意图
2.5 主要巷道风流净化
矿井辅运大巷、胶运大巷及回风大巷中悬浮粉尘多为呼吸性小颗粒粉尘,为此,采用定时光控喷雾进行风流净化,如图5所示。单个喷雾设喷嘴5个,采用静压供水,喷雾用水量12 L/min。
3 粉尘监测与完善制度
1-传感器;2-控制器;3-过滤器;4-电磁阀;5-喷雾架图5 定时光控喷雾安装示意图
3.1 粉尘在线监测
矿井粉尘得到有效治理后,在满足目前国家标准规范的基础上,依托现有的矿井监测系统和井下工业环网对采煤工作面回风巷端头和回风巷出口,掘进工作面迎头、工作面巷道口以及主要巷道等重点区域的粉尘浓度进行实时监测和上传,如图6所示。据此,在全矿井安装布置粉尘浓度传感器共32台,极大地提升了井下重点区域粉尘浓度的监测和管理水平。
图6 矿井粉尘浓度监测系统组网示意图
3.2 完善制度
在粉尘综合防治示范矿井建设的过程中,同步完善现有的防尘管理制度,主要涉及组织机构、管理制度、操作规程和考核办法等4个方面。
成立组织机构:成立以柠条塔矿业公司总经理为组长的粉尘综合防治领导组织机构,总经理为第一负责人,总工程师为业务及技术负责人,通风副总师负责协助总工程师进行管理,生产管理部负责具体管理和日常监督,生产运营中心负责日常管理,各区队负责具体实施,其他部门在其职责范围内负责配合。
完善管理制度:通过总结示范矿井建设经验,确定能够达到的防治目标及技术途径,再结合现行粉尘防治标准规范,完善综合防尘责任制度、粉尘隐患排查制度、防尘设施检查维护制度、巷道冲洗制度、粉尘检测制度等综合防尘管理制度。
修订操作规程:针对此次示范矿井建设过程中使用的新技术、新装备,结合矿井的实际情况,修订综采工作面、连采工作面、综掘工作面、主要巷道、转载运输等综合防尘设备的操作规程,确保设备能够得到正常的检修和维护。
制定考核办法:针对性地制定适合实际情况的粉尘综合防治工作考核办法,对照综合防尘管理制度、操作规程等,将防尘工作落实到人,对不按规定开展工作的个人、区队或管理部门进行适当地惩罚,并对严格按规定开展工作的个人、区队或管理部门进行适当地奖励。
4 结论
(1)针对柠条塔煤矿各产尘区域主要尘源的产尘特点和粉尘运移规律,综合采用采煤机尘源跟踪喷雾降尘、含尘气流喷雾控降尘、长压短抽通风除尘、触控自动喷雾降尘、定时光控喷雾降尘等先进技术,有效地解决了采煤机割煤、连采煤机割煤、综掘机割煤、主要巷道、转载运输等尘源的粉尘污染问题,达到或接近现有国家相关标准。
(2)通过充分调研对全矿井粉尘的综合防治进行总体规划和系统设计,采用目前国内外最先进的粉尘防治技术及装备建立综合防尘系统,同步建立全矿井粉尘在线监测系统,对现有防尘管理制度进行改进和完善,有效地改善了井下的作业环境,在陕北煤炭基地榆神府矿区取得了极好的示范作用。