“三軟”煤層順層鉆孔煤塵收集處理裝備研究及應用

李守振

摘 要：針對鄭州礦區“三軟”煤層順層鉆孔施工過程中煤塵飛揚導致的職工工作環境差、鉆孔施工效率低、機械設備損耗大等問題，文章通過調查國內防塵裝備研究及應用現狀，結合鄭州礦區實際煤層賦存條件，分析煤塵產生原因及特點，利用慣性碰撞及濕式除塵等綜合除塵原理，研制適合鄭州礦區“三軟”煤層順層鉆孔煤塵收集處理裝備，該裝備主要由孔口收集裝置、一級煤塵分離裝置、二級水煤瓦斯分離裝置組成，有效減少順層鉆孔施工過程中巷道風流內粉塵濃度。經現場應用，降塵率達到90%以上。

關鍵詞：“三軟”煤層；順層鉆孔；煤塵；降塵

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0069-01

鄭煤集團所主采的山西組二1煤層屬于“三軟”煤層，具有煤塵爆炸危險性，當煤塵濃度過高時有可能會發生煤塵爆炸[1-2]。同時，人體肺部如果吸入大量的粉塵也會增加人體患塵肺病的概率。2005年我國新增塵肺病9 173例，其中來自煤炭行業4 477例，塵肺病正在逐漸威脅煤礦工人的健康和生命。鄭州礦區目前共有直管礦井14對（個），生產能力1 200萬t/a，直管礦井多數為突出礦井。礦區年施工本煤層鉆孔將近200萬m，打鉆產生的粉塵遠遠超過《煤礦安全規程》規定的作業地點全塵濃度10 mg/m3，順層鉆孔施工時，作業場所煤塵飛揚，并有發生瓦斯超限事故的可能[3]，揚起的粉塵還降低工作場所的能見度，提高職工誤操作及工傷事故的發生概率。同時，煤塵還能加快機械的磨損，縮短精密儀器的壽命等?？刂泼旱V產生的危害已成為煤炭行業極其重要的事情，而要控制這種危害，最有效的措施就是大力降低作業場所空氣中的粉塵濃度。

1 煤塵特點及降塵研究現狀

據統計，浮游煤塵中85%以上比例的塵粒直徑在40 μm以下，10～75 μm粒徑的煤塵爆炸性最強，煤礦中的浮游煤塵的粒徑剛好在爆炸性最強的范圍之內，因此具有極大的爆炸危險性[3]。

煤粉排出鉆孔孔口后，顆粒較大的煤粉會直接落地，較小的煤粉而在風流的作用下迅速擴散到巷道中。對于同一作業地點，粉塵的產生量隨著鉆進工藝的不同而不同。經現場測試發現，鉆機速度快比速度慢時出粉量大，上行鉆孔比下行鉆孔出粉量大，鉆孔孔徑大則出粉量大，螺旋鉆孔、三角形鉆桿比圓形鉆桿在鉆進時出粉量大。

目前，煤礦打鉆主要有有干式和濕式兩種除塵方式，各有優缺點。

1.1 干式除塵

干式除塵裝備利用煤塵重力自降原理，一般由沉降室、捕塵罩、布袋除塵器以及通風機等組成。優勢是孔底排渣好，成孔率比較高。其缺點是設備后期維修困難，產生的粉塵濃度較大，容易導致粉塵二次飛揚。對于高瓦斯突出煤層或軟煤層鉆孔，濕式打鉆實施難度大，只能采用干式除塵配合干式打鉆。

1.2 濕式除塵

濕式除塵裝備由供水裝備、孔口排渣裝備和風水混合裝備等組成。濕式除塵大都采用水霧除塵，將水通過風力壓送入鉆孔內，使得鉆頭處的煤塵與水霧結合變得濕潤，然后經過鉆桿與煤壁間的空隙排出，濕潤的煤塵排出后更容易沉積。

這種除塵裝備缺點是：

一方面要求合理控制風水混合物，而風量和水量難以控制，很容易造成堵塞現象；

另一方面由于排出的煤塵濕度難以控制，導致部分煤塵會飄揚；另外由于孔底容易濕化，導致排渣條件差，鉆頭使用壽命低，影響鉆機穿孔速度。

2 “三軟”煤層順層鉆孔煤塵收集處理裝備研究

根據鄭州礦區“三軟”突出煤層特點及干式、濕式除塵優缺點，結合順層鉆孔施工工藝，利用將煤塵收集處理裝備分為3部分：孔口收集器、一級水煤分離器、二級氣水煤分離器。

2.1 一級水煤分離器

一級分離裝置采用碰撞慣性和濕式除塵原理，順層鉆孔施工時產生的粉塵及煤塊在瓦斯抽放管路的負壓作用下，經輸塵連接管線進入一級分離裝置，較大煤塵顆粒經過碰撞改變運行軌跡，如圖1所示，在濕式除塵和慣性碰撞、重力沉降的綜合作用下自動下落，經自動排渣裝備排出。

2.2 二級水煤分離器

未經過一級分離裝備分離的細微顆粒粉塵（一般直徑在5～20 um之間，極少數微塵在5 um以下），在負壓作用下經連接管進入二級分離裝置。利用水射流噴霧將未分離的煤塵水霧進行物理加速，使其充分混合后產生慣性碰撞，改變其運動軌跡形成多次摩擦降塵，并且增加自動過濾功能，提高降塵效果。煤塵和水霧在力的作用下形成塵水混合物向四壁下落，經自動排渣裝備排出，瓦斯氣體則進入瓦斯抽放管直接排出。

3 現場應用

在鄭煤集團白坪煤業13 051下順槽、21 041上順槽進行應用。防塵裝備使用情況如下：

①使用該設備施工鉆孔總數：36個；

②使用該設備施工鉆孔總進尺：3 082 m；

③使用該設備總班數：135班。

在使用防塵裝備后，使用專業儀器對回風流中的全塵濃度進行測量，對比使用前后回風流中的全塵濃度可以發現，該裝備的降塵率達到90%以上。具體情況見表1。

4 結 語

①該套裝備采用慣性沉降、濕式除塵等綜合除塵機理，一級煤粉分離裝置分離出較大顆粒煤粉及煤塊，二級水、煤、瓦斯分離裝置則分離顆粒較小的微塵、水和瓦斯，除塵機理適合鄭煤集團“三軟”煤層順層鉆孔施工要求，現場除塵效果好，達到90%以上。

②該套設備有效封堵鉆孔，將打鉆產生的煤與瓦斯引導至煤塵處理裝置內，將瓦斯直接抽入瓦斯抽放管路內，避免將瓦斯排入巷道風流，防止瓦斯超限事故發生，保證職工工作環境安全。

③該套裝備安裝、移動方便，操作簡便易學，對提高職工工作效率有極大幫助。

參考文獻：

[1] 張建華，范付恒.水射流負壓鉆孔除塵技術的應用[J].煤礦安全，2011，（3）.

[2] 楊金德，傅清青，陳劍鋒.廈門地區石材企業粉塵對工人健康的危害[J].職業與健康，2011，（4）.

[3] 張景鋼，張小潔，原征嵐.煤礦職業性危害因素的研究[J].中國礦業，2010，（2）.