完善高效粉尘治理工艺体系分析.docx

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完善高效粉尘治理工艺体系分析

完善高效粉尘治理工艺体系

实施采掘工作面清洁化生产

完善粉尘治理工艺体系

实施工作面清洁化生产

梁宝寺能源公司是肥矿集团主力矿井，位于嘉祥县梁宝寺镇境内，东南距嘉祥县城20公里，井田东西宽约9公里，南北长约11公里，面积约95平方公里。

矿井于2006年1月正式投产，设计生产能力180万吨/年，2010年省局核定生产能力300万吨/年。

2012年通风能力核定为342万吨/年。

矿井开拓方式为立井多水平分区式开拓。

矿井采用中央并列式通风方式。

所开采的煤层具有爆炸危险性，爆炸指数为37.55%，三层煤为二类自燃煤层。

2012年矿井瓦斯等级鉴定为瓦斯矿井。

近几年来先后获得“一通三防安全示范矿井”、“安全程度评估A级矿井”、“山东省煤矿瓦斯治理示范矿井”、“特级安全高效矿井”、“安全质量标准化一级矿井”、“安全生产‘双基’建设先进单位”、“中国最美矿山”等荣誉称号。

多年来，梁宝寺公司始终把实现矿井安全发展和维护职工职业安全健康放在首要位置，按照建设本质安全矿井的要求，始终坚持“以人为本、预防为主、防治结合，综合治理”的粉尘治理方针，执行“革、水、风、密、护、管、教、查”八字防尘原则，落实“5.6.7.8.9”综合防尘措施，全方位开启无尘化清洁生产使命行动，全过程打造了职业安全健康良心工程，不断健全完善职业安全健康体系，持续提升矿井安全保障能力，极大改善了现场作业条件和环境，保障了矿井安全生产和职工身心健康。

主要做法和体会是：

一、加强领导，健全组织结构，完善综合防尘管理体系

矿井粉尘治理工作，既需要硬件，更需要软件，确保防尘工作全过程管控、全方位治理，促使矿井防尘工作健康发展。

（一）健全机构，明确责任。

公司成立以董事长、党委书记、总经理为组长，以分管副总经理、安监处长、分管副总工程师为副组长，调度室分管主任、技术科分管科长、安监处分管处长、各生产辅助区队正职为成员的防尘领导小组。

负责制定粉尘防治规划、年度计划、机构设置、职责分工、经费筹备、措施落实等工作。

成立综合防尘办公室，设置专职防尘队伍，配足防尘专业人员，划定粉尘管辖责任区域，执行防尘各项制度，落实各级防尘措施。

健全完善综合防尘工作责任制和追究制。

做到机构到位、人员到位、责任到位，形成了分级负责、责任明确、相互协调配合的综合管理体系，保证了矿井防尘工作的顺利开展。

（二）明确理念，提升职工防尘意识

抓好矿井综合防尘工作，必须让职工从思想上高度重视，行动上自觉配合，为此我们在日常工作中明确“眼看无粉，手摸无尘”和“职业健康和生命安全同等重要”两个防治粉尘理念。

摒弃“不发生事故、不出现伤残就是安全生产”的传统安全意识；坚定“职业健康一定能抓好、尘肺病一定能消除”的信心；树立“开采光明的人必须享受光明”的信念，将防治粉尘做为“良心工程、道德工程”来抓，形成了自我加压、珍惜生命，自我超越、互保健康的安全生产氛围，这是做好无尘化清洁生产的前提和保障。

（三）完善制度，防尘工作有章可循

为从根本上保证各项措施落到实处。

梁宝寺公司针对矿井实际特点，及时修订出台《职业危害防治计划和实施方案》、《劳动防护用品管理制度》、《综合防尘管理制度》、《矿井综合防尘措施》、《矿井综合防尘实施细则》、《煤层注水实施细则》等16项粉尘防治制度，将矿井粉尘防治各项措施内容融入到隐患闭环管控系统中，所有检查人员下井均携带检查菜单，按照菜单内容进行检查，限定整改时间，并录入闭环管控系统，一旦所检查的防尘内容没有按期整改，自动升级到防尘领导小组成员，并对区队考核加倍升级，直至问题得以整改。

（四）落实责任，杜绝防尘管理盲区

矿井综合防尘是一项动态的、复杂的工程，必须全区域、全方位、全过程覆盖落实防治责任，才能真正实现矿井清洁化。

我们制定并落实了从董事长、总经理到每一个岗位职工防尘责任制，从党群行政部门、经营管理部门、后勤保障部门至所有采掘辅助单位均制定了防尘责任制，由防尘领导小组对上述人员和部门每月考核一次。

将井下所有区域按照生产辅助单位性质和职能划分了各自防尘管辖区域，由调度室组织有关人员每月三次对生产辅助单位防尘管辖区域进行检查，月底进行评比，奖优罚劣。

实现了防尘工作纵向到底、横向到边，全区域、全方位覆盖，杜绝了管理盲区。

（五）强化培训，夯实现场防尘基础

梁宝寺公司建立了矿井综合防尘工作标准156项，管理标准120项，技术标准182项，并发放了《矿井综合防尘宣传册》。

利用安全文化培训学院对职工进行全员培训；利用月度安全教育大课以职工大会形式进行月度培训；利用技术学习时间对职工进行专业培训；利用班前班后会时间对职工进行岗前和岗后培训。

使职工岗前心想防尘，岗中落实防尘，岗后总结防尘，逐步夯实了矿井综合防尘工作基础。

二、保证投入，提升科技，增强矿井粉尘治理保障能力

加大专项资金投入，改善职工作业环境，提升矿井科技含量，是矿井防尘防治的有效举措。

近年来，梁宝寺公司大力实施“科技兴安”战略，积极推广应用新材料，新工艺，新装备，不断增强矿井综合防尘保障能力。

（一）专款专用，保证投入到位。

矿井每年编制安全费用计划，将综合防尘经费列入安全费用计划，作为专项资金管理，实行专款专用，明确落实资金、时间和责任人，保证了矿井防尘设备设施的到货，并落实有关部门按时使用，有效改善了职工作业环境和劳动条件。

近两年，矿井防尘经费投入共计620万元，重点投资项目有：

防尘系统改造、封闭式除尘装置、喷淋降尘系统、水射流除尘风机、电动除尘风机、高压多功能自动喷雾装置、粉尘浓度超限自动喷雾装置、随机喷雾、粉尘在线监测等防尘设备设施。

（二）科技攻关，技术保障到位

梁宝寺公司有总工程师牵头成立科技攻关领导小组，由分管副总任组长，成立矿井防尘科研攻关小组，针对现场出现的各类防尘问题进行攻关解决，制定出切实可行的治理方案和措施，由攻关小组盯靠处理，并进一步改进提升。

近几年，在综合防尘方面累计取得工程技术、软科学及创新管理成果30余项；技术创新、管理创新成果（小改小革）120余项；16项成果获山东省煤炭工业局以上科技进步奖及技术创新优秀成果奖。

同时实施技术人员下基层、到现场服务工程，做到查找问题到位，技术服务到位，措施落实到位。

（三）完善设施，系统保障到位。

一是健全完善防尘系统，全矿所有通风行人巷道均设置防尘管路，大巷、采区巷道、采掘工作面和胶带运输巷三通阀门按规定设置齐全；矿井、采区进、回风巷安设红外线自动净化水幕、气动喷雾装置；；所有转载点均安设完善的喷雾装置，胶带巷转载点全部撞杆式自动洒水降尘，皮带转载点设置封闭式防尘罩；装载粉状材料的矿车一律使用封闭防尘罩采掘工作面回风巷、胶带运输巷等地点安装捕尘门，与风流净化水幕联合使用；采掘工作面、皮带运输巷落实“5、6、7、8”综合防尘措施，有效降低了煤矸在破、装、运支、处等各环节的粉尘浓度。

（四）专业测定，环境监测到位

公司配备专职粉尘检测队伍，配足专业检测设备，每半月对矿井所有作业地点进行环境监测一次，并根据测定结果及时提出防治措施；利用粉尘在线监测系统，对井下重点产尘地点进行监控，根据现场粉尘浓度及时洒水降尘；每三个月对采、掘（剥）工作面工班个体呼吸性粉尘监测测定一次，每6个月对其他工作面或作业场所测定1次；粉尘中游离SiO2含量，每6个月测定1次，在变更工作面时也必须测定1次；粉尘分散度每6个月测定1次；由有资质的中介机构每半年井下作业环境进行监测评价一次。

并根据监测的情况及时采取治理措施，确保职工作业环境符合职业健康要求。

（五）保质保量，防护保障到位

公司设立劳动防护用品专项资金，每年投入500余万元，购置100多个工种、60余类劳动防护用品，个人使用配置率达100％。

认真执行个体防护用品专人管理制度，基层单位均配备了兼职或专职劳动防护用品管理员，负责领取和发放劳动防护用品。

建立职工劳动防护用品领用卡和发放领用台账，严格按照劳动防护用品管理办法和配备标准，及时足额向职工配发合格的劳动防护用品，严把劳保用品质量，不合格的坚决予以退回。

利用班前班后会引导督促其坚持正确规范使用。

对防护面具、安全带、防尘口罩和自救器等防护用品，从护品功能、注意事项、维护保管等方面进行培训，保证了防护用品的正确使用。

三、完善治理工艺体系，丰富治理手段，保证治理效果

粉尘治理关键在源头，只要从源头上采区措施，就抓住矿井防尘的牛鼻子，为此不断完善粉尘治理工艺方面，并取得预期效果。

（一）实施“未采先注、未掘先注”工艺，保障源头减尘

1、采煤工作面在回采前必须先完成煤层注水系统，否则不得进行生产。

采煤工作面煤层注水分两步走。

第一步开采前切眼内静压注水：

工作面切眼内注水孔采用3花布置，孔径：

Φ42mm，眼距2米，孔深3-5米，10个孔为一组，每组10m，第一组钻孔距工作面上端头10米，组与组间隔10米。

经注水后采样化验分析，煤体内水分达到4%以上时方可进行回采。

第二步回采期间，采用两巷长壁深孔脉冲动压、静压注水。

孔径：

Φ42mm，眼距20米，孔深工作面面长的一半略少3～5米，第一组钻孔距工作面煤壁40米，实行静压注水；距煤壁200米左右采用脉冲动压注水，确保经注水后煤体内水分达到4%以上。

2、煤巷掘进工作面在掘进前同样必须落实煤层注水措施，否则不得掘进。

掘进工作面采用工作面短壁快速注水和后部巷道静压煤层注水方式。

短壁快速注水孔布置在煤层中部，孔深不小于2.4m，孔距不大于1.2m，孔径不小于28mm。

后部巷道静压煤层注水布置在煤层中部，孔深不小于22m，孔距3～5米m，孔径不小于108mm。

严格按照《煤体注水实施细则》规定，将注水成效纳入对施工单位和安监员的考核，不注不采、不注不掘，不注水就按“三违”进行处罚。

通过落实煤体注水措施，作业现场粉尘得到有效抑制。

（二）实施“三结合”降尘工艺，确保破装过程降尘

1、采煤工作面采煤机割煤、移架、放煤是治理粉尘的三个关键环节，从这三个环节入手采取喷雾降尘工艺，实现“三个结合”：

机组割煤前先喷雾和二次负压喷雾相结合；支架移动自喷和手动先喷与工作面随机喷雾相结合；放煤口自喷与手动先喷相结合。

严格执行“未割先喷、未移先喷、未放先喷”防尘三原则，凡是未按照“三结合、三原则”的，一律按违章论处。

2、掘进工作面同样实施“三结合”降尘工艺：

综掘机割煤内外喷雾与长压短抽混合式高效综掘除尘风机联动相结合；放炮时远程喷雾与水炮泥使用相结合；扒装联动喷雾与回风喷雾相结合。

严格执行“未喷不割、未喷不放、未喷不扒”三原则，凡是未按照“三结合、三原则”的，一律按违章论处。

（三）实施“巷道捕尘、运输自喷、转载封闭”减尘工艺，保证运煤过程降尘

在所有皮带运输巷道，均安设捕尘门与喷雾联动，及时捕捉巷道中流动的浮尘；每隔300米安设一道皮带撞杆自动喷雾，喷湿皮带动煤；所有运煤转载点、卸载点、装载点、煤仓口均采用全封闭或半封闭喷雾进行减尘；采区回风巷、总回风巷安装能封闭巷道全断面的净化水幕、旋转喷雾进行捕尘和减尘。

（四）落实“责任区域定期洒水”除尘工艺，杜绝巷道积尘

7主要结论及创新点

7.1主要结论

本课题采用理论分析、数值模拟、实验测定、现场应用等方法对采掘工作面无尘化监测关键技术进行了较为全面、系统的研究并取得了很好的现场应用效果，主要结论如下：

（1）设计了喷嘴雾化效果实验方案，对目前矿井常用的4大类9种离心式喷嘴进行了喷雾测粒实验。

通过喷嘴雾化效果实验测定了不同风速和不同压力条件下不同喷嘴的雾化效果。

根据实验结果和综掘机的尺寸，优选出2.4mm的3#含X形导流芯广角旋口混合式喷嘴作为机掘工作面的降尘用喷嘴，且最优喷雾压力为4Mpa。

对于铲煤时生成的粉尘以及转载点应采用喷嘴孔径为1.6mm的含X形导流芯广角旋口混合式喷嘴进行捕集沉降，且最优喷雾压力为4MPa。

同时，确定了喷嘴的最佳布置方式，保证了综掘机外喷雾的最佳降尘效果。

（2）建立了气相湍流—颗粒相湍流

模型，采用SIMPLE算法对采掘工作面的气体—粉尘颗粒流场进行了进行了数值模拟，确定了综放工作面综放工作面采煤机割煤、移架和放煤平行作业时高浓度粉尘团粉尘的产生、分布规律以及综掘工作面采用单一压抽混合式通风系统的风流场及粉尘流场的扩散规律，由模拟结果可知，综放工作面割（落）煤、移架、放煤中任一工序产生的瞬间高浓度粉尘团原始粉尘产量均达到或超过4800mg/m3，高浓度粉尘团的粉尘再向工作面的其它有人作业区域扩散；割（落）煤、移架和放煤产尘源的下风侧9.0m左右且高度为1.5m的呼吸带内是防尘的主要区域，特别是两个或两个以上多种工序产尘的重叠区域更是粉尘防范的重点；当压风口距掘进头约20m时，通风系统的控尘能力最强。

（3）利用煤岩渗透特性试验研究成果，结合梁宝寺煤矿现状，对煤层高压注水防灾理论进行研究，同时对煤层高压注水技术进行了设计，得出了适合3316工作面的注水参数，提出深部煤层高压注水防尘工艺技术，并有效的结果了卸压防冲钻孔对煤层注水工作的影响，实现了卸压钻孔的高效快速循环堵漏封孔技术，保证卸压钻孔的正常防冲卸压作用的同时提高了煤层注水效果。

现场应用结果表明，采用优化设计的注水方案进行煤层注水工作后，现场的全尘降尘效率平均为31.6%，呼吸性粉尘的效率平均为33.36%，注水效果较好，同时，工作面存在的冲击地压危险得到了有效地遏制。

工作面发生震动的次数虽然较为频繁，但能量释放的级别较低，释放能量基本均在104J以下，未发生释放能量达到或超过105J的矿震，回采过程中没有发生冲击地压，证实了注水防冲效果，保证了3316面的安全回采。

（4）为了实现综放工作面喷雾降尘系统的高效管理与控制，课题组设计应用

（5）通过对长压短抽局部通风方式的流场分析，对梁宝寺煤矿综掘工作面压抽混合式局部通风系统进行了优化设计，确定了相关的基本参数，并优选了吸风效率高、除尘效果好的新型高效KCS-300D型湿式旋流除尘风机，同时根据3210综掘工作面的生产状况、产尘特点，研制了压风口距掘进头10m、20m、30m压入式风筒自成空气幕封闭式控尘系统，最终建立了的综掘工作面高效除尘封闭式控尘技术体系。

在工作面2#~6#有人作业处全尘和呼尘的降尘率分别平均达到70.2%和69.1%、94.7%和95.7%、93.1%和94.3%，结果显示，采用不同方式控尘系统后，粉尘浓度有了较大程度的降低，尤其是采用（压风口距掘进头20m）压入式风筒自成空气幕封闭式控尘系统后，除尘效果最为明显。

7.2创新点

与国内外同类研究技术比较，本课题研究成果的理论性、实用性、可操作性均有较大的提高。

研究成果的主要创新点有：

（1）进行了扰动风流作用下新型喷嘴雾化实验，确定了不同喷嘴在风流扰动作用下的雾化特性；

（2）依据贴壁射流原理研发设计综掘工作面压风自成气幕式封闭控尘技术；

（3）根据综放工作面的产尘特征，设计综放工作面智能定位喷雾除尘控制系统，并将其与粉尘在线监测系统相结合，建立综放工作面高效智能抑尘管控系统；

（4）利用新型压气堵漏封孔器，实现卸压钻孔的快速循环封堵，保证卸压钻孔的正常防冲卸压作用的同时提高了煤层注水效果。