矿井综掘工作面防尘技术措施

Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．５３９　Ｍａｒｃｈ．２０１４　现代矿业　总第５３９期　２０１４年３月第３期　Ｍ０ＤＥＲＮ　ＭＩＮＩＮＧ　矿井综掘工作面防尘技术措施　刘现凯　李　贝　李　凯　（山东科技大学资源与环境工程学院）　摘要为保证作业场所符合国家职业卫生标准，煤矿井下应采取有效的措施控制尘毒危害，　以某矿为例，通过采取水湿辅助作业等降尘措施及对掘进３－作面的防尘工艺设备改造，改善了作业　场所环境，降低了矿井通防隐患率，预防职业病的发生。　关键词　矿尘　风流净化设备改造除尘风机　度，ｋｇ／（ｓ。ｍ）。　煤尘污染是诱发职业病的一大主因。煤矿井下　凿岩、打眼等作业产生的煤尘为岩巷掘进工作面两　大污染源，９５％以上尘肺病患者发生于此，严重影响　由式（２）可知，尘粒的沉降速度和粒径的平方　成正比，所以尘粒越大，沉降速度越快。而细微尘粒　能长时间地悬浮于空气中，对人体造成较大危害。　１．１．２最低排尘风速　了矿工的生命安全。通过对综掘工作面防尘工艺的　改造，提高了矿井的装备水平和安全系数，改善了井　下作业环境，降低矿井通防隐患率，对预防职业病的　发生有着积极的作用。　最低排尘风速Ｖ　是通风排尘的关键　Ｖ　：　—■二～，，　４ａ　１矿井综合防尘措施　１．１除尘通风措施　（３）ｊ　　式中，ａ为井巷的摩擦阻力系数；　为粉尘粒子在静　矿尘粒径大小不一，其中粒径在１０　ｍ以下的　止空气中均匀沉降速度，ｒｎ／ｓ。　一微细矿尘占多数，危害人身健康。为不使其积聚，采　取２４　ｈ通风将其稀释并排出。　１．１．１矿尘的沉降速度计算　般掘进工作面的最佳风速为０．４～０．７　ｒｎ／ｓ…　１．２水湿辅助作业　矿尘受重力Ｇ、浮力　及阻力Ｆ　的综合作用，　（１）注水。通过对全岩石巷道凿岩、打眼施工　工艺的改善，如水湿辅助作业（钻孔注水）能有效降　低产尘量，其除尘率可达９０％左右。凿岩过程中，　水湿辅助作业的防尘效果主要取决于单位时问送入　钻孔的水量，为对粉尘起到湿润作用，应向钻孔底部　不问断注水，并使之顺利排出。可使凿岩速度提高　ｌ５％～２５％。　若以重力Ｇ方向为正，则两者的合力Ｆ是使尘粒沉　降并克服阻力Ｆ．．的作用力，即：　Ｆ＝Ｇ—Ｆｆ＝盯　；（Ｐｐ—Ｐ　）ｇ／６，　空气密度，ｋｇ／ｍ　。　（１）　式中，ｄ　为尘粒直径，ｍ；ｐ　为尘粒密度，ｋｇ／ｍ。；ｐ　为　Ｆ为一定值的情况下，尘粒由静止状态开始沉　降，阻力Ｆ　随沉降速度成线性变化：沉降速度小，阻　力　也小，显然Ｆ　＜Ｆ；尘粒沉降速度不断增加，尘　粒也呈加速运动，阻力也随之增大。当重力、浮力、阻　（２）洒水。通过洒水对巷道围岩、煤壁、支架上　的矿尘进行湿润，改善矿井微气候，使矿尘粒间互相　凝集，增强附着力，黏结在巷道周壁不易飞起。为使　力三者平衡时，即Ｆ．．＝Ｆ时，尘粒的沉降速度将达到　恒定值，并做等速沉降，此时的速度称为尘粒的沉降　速度（　、），由式（１）导出：　＝洒水降尘效果更好，通常采用高压洒水（水压＞　９　８１０　ｋＰａ），降尘率可相对提高３０％，且对微细粉尘　的抑制效果明显。在掘进机上采用低压洒水，降尘　（Ｐ　一Ｐ　）ｇｄｉ／１　，　　（２）　率为４３％～７８％。为实现洒水良好的捕尘效果，在喷水管端头安　式中，　为尘粒的沉降速度，ｍ／ｓ；　为空气的绝对黏　置喷雾器（又称喷嘴），在冲击力作用下，将压力水　刘现凯（１９８６一），男，助教，硕士研究生，２６６５９０山东省青岛市　经济技术开发区前湾港路５７９号。　１７６　流雾化成细微水滴喷射于空气中。水滴的大小与比　值（即水雾的分散度）以及尘粒与水滴的相对速度　刘现凯李　贝等：矿井综掘工作面防尘技术措施　２０１４年３月第３期　决定了喷雾洒水的捕尘、降尘效果。矿井粉尘分散　度比较高，喷雾水的水滴直径与其成反比，水滴直径　小，捕尘范围广，效果好。研究表明，水滴直径一般　在１０～１５　Ｉ．ｚｍ时，捕尘效果最好。　１．３风流净化作业　通常采用水幕净化与除尘装置捕尘净化，捕获　巷道中空气的矿尘　。　（１）水幕净化作业。在巷道顶部或两帮的水管　上间隔地安装数个喷雾器（３～５个），形成分散水　幕，其布置原则是尽可能靠近尘源，并以水幕布满巷　道断面，缩小矿尘弥漫范围，降低空气含尘量。　（２）除尘装置净化作业。利用集尘器或捕尘器　将风流中的固体粒子进行分离并捕集起来，以达到　净化风流的目的。除尘装置分为干式和湿式两大　类，煤矿一般采用湿式除尘装置，通过尘粒与液滴的　惯性碰撞除尘。　２掘进工作面防尘工艺设备改造　中国矿业大学钱呜高院士提出高效、安全、绿　色、高回收、经济的科学采矿理念，重点提出采用先　进科学技术和机械化开采以降低成本　ｊ。为此，加　大了掘进工作面防尘工艺设备的改造。　（１）煤层快速注水装置。注水工艺为：先用风　钻打设两个注水孔，直径为４２　ｍｍ；将专用高压水管　安有快速封孔器一端插入注水眼中，打开水阀门进　行注水，当煤层表面有水珠外溢即已注满；关闭水　阀，注水管内的控制阀会自动关闭；卸压完毕后拔出　快速封孔器即可。注水与施工其他炮眼可平行作　业，可有效提高掘进进尺和正循环率。　（２）掘进机内外喷雾装置。掘进机工作运转割　煤时，产生浓度高达２１２　ｍｇ／ｍ　煤尘，是掘进工作煤　尘的生成源，为了更加直接有效的防治煤尘，在掘进　机钻头上安设了内外喷雾装置，降低煤尘生成量，使　煤尘浓度降低到４０　ｍｇ／ｍ　，而且也使掘进机钻头的　温度大大降低，起到防尘与防火的双重作用。　（３）扒装机自动喷雾装置。在扒装机的控制开　关（ＱＣ８３—８０）线和自保接地线上接上３６　Ｖ防爆电　磁阀开关，启动耙装机耙装时，３６　Ｖ防爆电磁阀经　过开关线和自保接地线形成回路，打开水路开始喷　雾；耙装机停止时自保接地线自动断开，电磁阀从而　失电，停止喷雾。　（４）声控冲击波自动喷雾装置。其工作原理是　主控器设在主机内，传感器探头摄入外界环境信号，　立即转换成特定的电信号，通过电缆的传输，电信号　进入主控器被放大，鉴别和比较后的信号经功率放　大直接控制继电器工作，在电信号处理过程中，根据　设备的功能要求，有特定的电路对敏感度、时间控制　及输出状态进行设定和调整。强电输出系统根据继　电器的工作指令，直接驱动喷雾电磁阀，实现自动控　制喷雾或洒水的全过程。　（５）转载点自动喷雾装置。转载点喷雾装置由　人工开启改为自动喷雾，在各转载点安设摆锤式自　动喷雾装置，利用传感器上传输杆的震动使传感器　工作，传感器得到指令后接通电磁阀开关，自动进行　延时喷雾，减少岗位工频繁开关喷雾的操作，提高喷　雾效果，节约用水量。　（６）大功率除尘风机。除尘风机利用叶轮后的　气流动力特性，在螺旋状前进时呈空心椎体状，中心　部分的气流都能流向边界，将气载粉尘分离，直接将　粉尘分离捕获。其除尘功能完全由自身的技术特征　所确定，不需要附加复杂的除尘过滤装置，解决了同　类产品滤网堵塞，阻碍除尘效率的技术难题。　３综掘工作面防尘措施应用分析　以某矿为例，根据现场检测，四层煤爆炸指数为　３６．０％，煤层的原始水分含量较低，为１．９７％，在引　爆热源的作用下，可发生猛烈的爆炸造成危害。为　此，该矿在综掘工作面进行防尘工艺设备改造、加设　喷雾装置等手段外，还采取以下措施。　（１）采取长压短抽控风技术。改变现有掘进工　作面通风方式，将传统的压入式改变为混合式通风。　采用压风设备将掘进主要产尘工序所产生的煤尘压　向迎头，再由集尘器和抽出式风机抽出，降低煤尘弥　漫量，大大改善了掘进工作面作业环境。　（２）安设隔尘砂网。在大功率除尘风机后方安　设一道隔尘砂网，对风流进行二次净化。见图１。　使用效果分析见表１。　向　图１隔尘砂网设计示意　从表１知道，粉尘浓度由原来３９６．６７　ｍｇ／ｍ　降　低到８．８　ｍｇ／ｍ　，降尘率达到９７．７８％，防尘管理在　某矿井下综掘工作面得到了成功（下转第１８４页）　１７７　总第５３９期　现代矿业　２０１４年３月第３期　隶属度函数，通过模糊推理、解模糊确定输出控制　据算法的输出在不断的调整，从而保障了液位的平　稳。扫选Ｉ的液位控制过程见图４。　暑　曼　量，从而设计出基于模糊控制算法的多变量控制器，　有效解决了各个变量间的相互影响。模糊多变量控　制器的设计步骤如下：　（１）确定输入量的隶属函数为高斯基函数，对　扫选Ｉ的液位、粗选的阀门开度、粗选液位、扫选Ⅱ　趔　的泡沫泵的输出流量等输入量模糊化，输出量依此　进行模糊化处理。　链　（２）根据工艺对各变量间的关系设计模糊推理　规则库，根据模糊推理规则进行推理计算。　（３）采用重心平均法对输出变量反模糊化，解　时问／ｒａｉｎ　图４扫选Ｉ液位控制过程　４　结　论　（１）冗余Ｌ７３控制器的采用为浮选系统长期稳　定运行提供了有力的保障，降低了ＣＰＵ出现故障时　给生产企业带来的经济损失。　（２）在工艺参数控制方面，采用模糊多变量控　制较好地解决了浮选机液位控制不稳定的问题，为　模糊后的输出变量通过ＡＯ模块输出到执行器。　以扫选Ｉ的液位控制为例叙述其控制策略，见　图３。输入量包括扫选Ⅱ泡沫泵的输出流量、粗选　液位、粗选阀门开度、扫选Ｉ液位检测值；输出量包　括扫选Ｉ阀门控制值、扫选Ⅱ泡沫泵的频率控制值、　粗选阀门控制值。　扫选Ｉ液位　输出至粗选渣阀　模糊多变量　提高精矿品位提供了有力的保障。　（３）对于多变量影响的浮选机液位系统，模糊　规则的引入很好地解决了各个变量的相互作用，改　塑堂　模錾　量　扫选Ⅱ泡沫泵　的输出流量　扫选Ⅱ　泡沫泵　变了以往手动控制液位变化无规律、控制不稳的弊　端，对老选厂浮选机控制改造也有很好的借鉴意义。　参考文献　图３模糊多变量液位控制　［１］　冯守本．选矿厂设计［Ｍ］．北京：　台金工业出版社，１９９６．　［２］　邓李．ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系统实用手册［Ｍ］．北京：机械工业出版　３　改进效果　应用该模糊多变量控制器后，很好地解决了浮　选液面大幅波动的情况，尾矿的跑尾问题也得到了　有效的控制，而且该控制算法能很好地跟踪液位控　制数值的变化。图４为液位由２６０　ｍｍ调节到３００　ｉｆｌｍ的过程曲线，变化较大的２条曲线是扫选２个　排矿阀门的开度反馈，该开度反馈曲线表明阀门根　社．２００８．　［３］　张曾科．模糊数学在自动化技术中的应用［Ｍ］．北京：清华大　学出版社，１９９７．　［４］　褚健，俞立，苏宏业．鲁棒控制理论反应用［Ｍ］．杭州：浙　江大学出版社，２０００．　［５］Ｚａｄｅｈ　Ｌ　Ａ．Ｆｕｚｚｙ　Ｓｅｔｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｍ］．１９６５（８）：　３３８．３５３．　（收稿Ｅｌ期２０１４．－０１－１３）　（上接第１７７页）的应用。　表１　某矿综掘工作面粉尘浓度对比分析　ｍｇ／ｍ　（３）对风流进行二次净化，如在除尘风机后再　安设一道隔尘砂网，做到双重预防，体现安全并预控　管理的理念，大大降低了煤尘事故的发生概率。　参考文献　［１］　刘增超，史东涛．煤矿粉尘治理技术现状及展望［Ｊ］．科技信　４　结论　息，２００８（７）：２９９－３００．　［２］　金龙哲，李晋平，孙玉福，等．矿井粉尘防治理论［Ｍ］．北京：科　学出版社，２０１０．　（１）高水压（大于９　８１０　ｋＰａ）的高压洒水比低　压洒水降尘效果更显著。　（２）通过掘进工作面防尘工艺设备改造，尤其　是喷雾装置的安置及喷雾自动化的实现，可提高喷　雾效果，节约用水量。　１　８４　［３］　范平．矿井防尘技术应用及前景展望［Ｊ］．煤矿现代化，２０１２　（３）：２４－２５，　（收稿日期２０１３．１１　１５）