兗礦綜合機(jī)械化放頂煤工作面粉塵防治技術(shù)

1、 專業(yè)技術(shù)文件 / Technical documentation 編號(hào)： 兗礦綜合機(jī)械化放頂煤工作面粉塵防治技術(shù)Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_兗礦綜合機(jī)械化放頂煤工作面粉塵防治技術(shù)溫馨提示：該文件為本公司員工進(jìn)行生產(chǎn)和各項(xiàng)管理工作共同的技術(shù)依據(jù)，通過對(duì)具體的工作環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、

2、管理活動(dòng)的正常、有序、優(yōu)質(zhì)進(jìn)行。本文檔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和使用。 綜放工作面降塵問題是采掘工作面臨的技術(shù)難題之一。在不采取任何降塵措施的情況下, 每割1t煤通常要產(chǎn)生100150g煤塵。采用滾筒內(nèi)外噴霧、煤層提前注水等降塵措施后, 每割1t煤的產(chǎn)塵量可降低到1012g。20世紀(jì)80年代中期以前, 綜采面生產(chǎn)能力較低, 生產(chǎn)能力一般不超過10t/min, 向風(fēng)流中排放的粉塵不超過100120g/min, 風(fēng)流中粉塵的濃度一般不超過500mg/m3。80年代中期以后, 綜采（放）面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效, 瞬時(shí)生產(chǎn)能力增至2030t/min以上。90年代以來, 我國(guó)迅速發(fā)展了綜采放頂煤技術(shù), 該技術(shù)具有

3、高產(chǎn)、高效、低耗的優(yōu)點(diǎn), 但同時(shí)帶來了產(chǎn)塵點(diǎn)多、產(chǎn)塵量大、粉塵污染嚴(yán)重的問題。因此, 在綜放工作面采煤機(jī)周圍、放煤口及移設(shè)支架的下風(fēng)側(cè), 粉塵濃度常常高達(dá)10001200mg/m3以上。采煤工人長(zhǎng)期處在這樣條件下工作, 極易患煤肺病, 嚴(yán)重危害身體健康。高濃度粉塵惡化了礦井的工作條件, 不僅降低了工人的生產(chǎn)效率, 增加了發(fā)生各種工傷事故的機(jī)率, 而且還潛存著發(fā)生煤塵爆炸的可能性, 威脅礦井安全生產(chǎn)。 1、國(guó)內(nèi)外防塵技術(shù)概況 1.1綜放工作面粉塵產(chǎn)生機(jī)理 1.1.1粉塵的分類 在煤礦開拓、掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸、提升等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的、并能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中的巖石和煤炭的細(xì)微顆粒統(tǒng)稱為煤礦粉塵。煤礦

4、粉塵主要包括巖塵和煤塵, 形狀不規(guī)則, 顆粒大小分布范圍很廣。按礦塵顆粒的大小可分為: (1)粗塵。直徑大于40m的粉塵, 是一般篩分的最小直徑, 極易沉降。 (2)細(xì)塵。直徑為1040m,在明亮的光線條件下肉眼可以看到, 在靜止空氣中呈加速沉降。 (3)微塵。直徑為0.2510m, 用普通光學(xué)顯徽鏡可以觀察到, 在靜止空氣中呈等速沉降。 (4)超微粉塵。直徑小于0.25m, 要用超顯微鏡才能觀察到, 可長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中, 能隨空氣分子作布朗運(yùn)動(dòng)。 針對(duì)粉塵對(duì)人體的危害程度, 又將煤礦粉塵分為呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵以及全塵。呼吸性粉塵是指粒徑在7m以下的, 可以進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)和肺部, 并

5、會(huì)導(dǎo)致塵肺病變的那部分細(xì)徽塵粒。呼吸性粉塵對(duì)人體的健康危害最大, 是粉塵防治工作的重點(diǎn)。粒徑大于7m的粉塵則是非呼吸性粉塵；呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵之和就是全塵。 一般來說, 為了考察各種降塵措施的實(shí)施效果, 在科研和生產(chǎn)過程中均需測(cè)定呼吸性粉塵濃度和全塵濃度。 1.1.2綜放工作面粉塵的來源 綜放工作面粉塵的來源可分為: (1)原始粉塵。在開采前因地質(zhì)作用和地質(zhì)變化等原因而生成的粉塵, 存在于煤體和巖體的層理、節(jié)理和裂隙之中。 (2)礦壓產(chǎn)塵。在開采過程中, 由于采動(dòng)影響, 在礦壓的作用下, 煤層中伴隨大量裂隙的出現(xiàn)而產(chǎn)生的粉塵。 (3)工藝產(chǎn)塵。煤體在破、裝、運(yùn)等過程中受碰撞、擠、壓等作用

6、而產(chǎn)生的粉塵。 (4)采煤機(jī)滾筒割煤產(chǎn)塵。這是由截齒的齒尖對(duì)煤體的巨大壓應(yīng)力而產(chǎn)生的粉塵。 在綜放面開采過程中, 對(duì)于強(qiáng)度較大的煤層, 原生粉塵及礦壓產(chǎn)塵較少而工藝產(chǎn)塵和割煤產(chǎn)塵是粉塵的主要來源, 尤其是采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵, 是粉塵的最主要來源。反之, 對(duì)于松散煤層, 原生粉塵及礦壓產(chǎn)塵是主要塵源。鮑店煤礦綜放面煤層強(qiáng)度系數(shù)3.54.7, 強(qiáng)度較大, 采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵約占綜放面總產(chǎn)塵量的60%-70%, 而其他塵源產(chǎn)塵量?jī)H占30%-40%。 1.1.3綜放面粉塵的分布狀況 在綜放面, 原生粉塵及礦壓產(chǎn)塵主要是通過放頂煤及支架前移時(shí)釋放的, 多為粗塵, 細(xì)塵以下顆粒占的比例較少, 而且由于架間及放煤道

7、風(fēng)速較低, 粉塵容易沉降, 其影響范圍一般在下風(fēng)側(cè)10-15m以內(nèi), 超過此范圍, 80%-90%的粉塵已經(jīng)沉降, 因而, 側(cè)定支架放煤產(chǎn)塵和移架時(shí)架間產(chǎn)塵應(yīng)在此范圍內(nèi)進(jìn)行。 采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵不僅量大, 而且顆粒細(xì)多為細(xì)塵及微塵, 加之采煤機(jī)道的風(fēng)速遠(yuǎn)高于架間及放煤道, 因此采煤機(jī)產(chǎn)塵難于沉降, 影響范圍大。從前滾筒（即進(jìn)風(fēng)端滾筒）中心的前方3m處起, 采煤機(jī)產(chǎn)塵開始影響風(fēng)流, 然后從前滾筒至后滾筒（下風(fēng)流端的滾筒）, 風(fēng)流中粉塵濃度逐漸加大, 自后滾筒中心起至機(jī)后15m范圍內(nèi), 是采煤機(jī)產(chǎn)塵導(dǎo)致風(fēng)流中粉塵濃度最大的區(qū)域, 超出此范圍, 粉塵濃度逐漸下降。因此在測(cè)定采煤機(jī)產(chǎn)塵時(shí), 測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)56個(gè)

8、, 以便全面掌握采煤機(jī)周圍粉塵分布狀況。 在綜放面的回風(fēng)巷口處, 采煤機(jī)道、人行道（架間）、放煤道的風(fēng)流合在一起, 此處粉塵濃度代表了全工作面風(fēng)流中粉塵平均濃度。如果割煤、放煤、移架3個(gè)主要工序距回風(fēng)巷口較遠(yuǎn)（大于20m）, 則回風(fēng)巷口處粉塵濃度一般較低, 這是由于粉塵在隨風(fēng)前移中, 大部分粗塵及一部分細(xì)塵逐漸沉降或附著于設(shè)備表面所致。 在綜放面機(jī)道、人行道、放煤道, 三者的風(fēng)流并非是隔離的, 因此割煤、放煤、移架三者產(chǎn)塵也是相互影響的。為了防止粉塵濃度益加, 采煤機(jī)順風(fēng)割煤時(shí)放煤與移架距采煤機(jī)的距離應(yīng)大于15m, 逆風(fēng)割煤時(shí)應(yīng)大 于20m而移架與放煤兩者應(yīng)相距15m以上。 1.1.4滾筒采煤

9、機(jī)產(chǎn)塵機(jī)理 (1)滾筒采煤機(jī)產(chǎn)塵原因 a截齒切割煤炭, 也就是截齒從煤體上剝落煤炭的過程。在這個(gè)過程中截齒與煤體接觸處產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力（圖431), 使煤體內(nèi)局部粉碎, 隨著截齒切割運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行, 粉碎的范圍擴(kuò)大并被壓實(shí), 即形成“密實(shí)核”, 密實(shí)核體積受壓縮, 在它的周圍產(chǎn)生擠壓區(qū)、彈性變形區(qū), 并產(chǎn)生裂紋, 當(dāng)裂紋擴(kuò)散到邊界, 大塊煤崩落, 同時(shí)密實(shí)核溢散, 煤塵以一定速度溢出。在滾筒割煤的整個(gè)過程中, 這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行, 煤塵連續(xù)產(chǎn)出。740)this.width=740” border=undefined b在螺旋葉片運(yùn)煤過程中, 螺旋葉片與剝落下的煤炭相互碰撞, 被粉碎成大小不等的各

10、種碎塊, 這些碎塊均按一定比例（比例大小與煤的性質(zhì)有關(guān)）, 粉塵也隨之按比例產(chǎn)生。 c螺旋葉片裝煤時(shí), 葉片尾端對(duì)煤炭的拋射作用、葉片與煤炭的相互摩擦作用也將產(chǎn)生部分粉塵, 同時(shí)煤塵隨煤炭的拋出將會(huì)在空氣中揚(yáng)起, 漂浮于空氣中。 (2)影響煤塵產(chǎn)出量的主要因素 采煤機(jī)割煤時(shí)不產(chǎn)塵是不可能的, 但正確處理各產(chǎn)塵因素, 采取適當(dāng)技術(shù)措施, 產(chǎn)塵量是會(huì)減少的。 a截齒的形式、數(shù)量、幾何參數(shù)和磨鈍程度是主要因素。實(shí)驗(yàn)證明, 大型鎬型齒可以減少煤塵。近來研究的盤形滾刀也可減少煤塵產(chǎn)出率。滾筒上配置的截齒愈少, 煤塵產(chǎn)量愈少。采用鋒利的截齒割煤時(shí), 大塊剝落的煤炭增加, 密實(shí)核減小, 產(chǎn)生的煤塵就相對(duì)減少

11、。 b螺旋滾筒參數(shù)也是影響產(chǎn)塵量的重要因素。首先是運(yùn)動(dòng)參數(shù), 即滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度。降低滾筒轉(zhuǎn)速是減少煤塵的主要措施之一。目前, 中厚煤層采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速大多降至40r/min以下, 有的甚至不到30r/min.增大牽引速度, 提高了煤的塊度, 也增大了采煤機(jī)的生產(chǎn)率, 在采煤機(jī)電動(dòng)機(jī)功率和運(yùn)輸系統(tǒng)能滿足要求的情況下, 截煤時(shí)的牽引速度目前可達(dá)10m/min左右, 這就大大減少了煤塵產(chǎn)出比例。螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)大塊煤的產(chǎn)出比例和煤塵的產(chǎn)出率都有很大影響, 要視礦山地質(zhì)條件和煤巖性質(zhì)而定。一般情況下, 割脆性煤時(shí), 滾簡(jiǎn)截齒的截距可以增大, 密度可以減小, 從而可使產(chǎn)塵量減少；而對(duì)于韌性煤以及截

12、割阻抗大的煤, 滾筒上截齒排列密度必須增大, 導(dǎo)致產(chǎn)塵量增加。 (3)采煤機(jī)采煤過程中產(chǎn)塵量與煤層的性質(zhì)、煤層厚度、煤層中含水量等因素有關(guān)。 1.2國(guó)外綜采面降塵技術(shù) 1.2.1文丘里管高壓水吸塵技術(shù) 圖432所示為德國(guó)研制的文丘里管高壓水吸塵技術(shù)示意圖。在滾筒螺旋葉片內(nèi)加工出”V”形孔道, 其內(nèi)裝上文丘里管, 管內(nèi)裝有噴嘴, 當(dāng)20MPa的高壓水通過噴嘴時(shí), 噴嘴噴出的水霧在文丘里管內(nèi)形成負(fù)壓, 含塵氣流被吸入, 粉塵與水霧在管內(nèi)快速而充分地結(jié)合、濕潤(rùn), 噴出管后極易沉降, 達(dá)到降塵的目的。而從文丘里噴射管內(nèi)噴出的水霧、空氣、濕塵的混合氣霧流又起到普通外噴霧的作用, 達(dá)到二次降塵的目的, 同

13、時(shí)也冷卻了截齒、濕潤(rùn)了煤巖。試驗(yàn)證明, 文丘里管高壓水霧吸塵的降塵效果優(yōu)于滾筒高壓水霧內(nèi)噴霧的降塵效果。 1.2.2采煤機(jī)吸塵滾筒 近年來, 德國(guó)和英國(guó)分別研制出了采煤機(jī)吸塵滾筒。圖433為德國(guó)研制的采煤機(jī)吸塵滾筒剖面圖, 圖434為英國(guó)研制吸塵滾筒立體圖。兩者原理和結(jié)構(gòu)基本相同, 只是德國(guó)吸塵滾筒水壓高達(dá)20MPa左右, 而英國(guó)為l0MPa左右。740)this.width=740” border=undefined以英國(guó)吸塵滾簡(jiǎn)為例, 工作原理如下: 在滾筒筒轂內(nèi)裝有若干集塵管, 當(dāng)來自中心管的高壓水進(jìn)入工作面煤壁側(cè)噴水圈后, 經(jīng)若干噴嘴向集塵管噴射, 將產(chǎn)生與之成比例的氣流, 在集塵管的

14、進(jìn)口從截割區(qū)吸入含有煤塵的空氣。含塵空氣被凈化后, 排放到滾筒的采空側(cè)一端, 然后借助于安裝在采煤機(jī)滾筒的采空側(cè)一端上的一塊折流板, 使霧、氣流再返回截割區(qū)進(jìn)行二次降塵。圖434為一中等直徑的吸塵滾筒示意圖, 滾筒內(nèi)裝有9根集塵管, 管徑l00mm, 每秒可吸入含塵空氣17m3, 耐磨的錐形噴嘴在l0MPa壓力下每分鐘可噴射60L水。實(shí)驗(yàn)表明, 70%的風(fēng)流可循環(huán)使用, 但有0.5m3s的新鮮空氣可以進(jìn)入吸塵滾筒, 以稀釋瓦斯。對(duì)于直徑為lm左右的滾筒, 可采用較扁的矩形斷面集塵管。在直徑為1.5m以上的滾筒內(nèi)可裝16個(gè)塵管（管徑為l00mm）, 以加大流入截割區(qū)的風(fēng)流速度, 以便在產(chǎn)生煤塵多

15、和瓦斯涌出量大的工作面加大除塵風(fēng)量。采用16根集塵管時(shí), 風(fēng)流可超過3m3s。 吸塵滾筒為產(chǎn)塵量高的工作面提供了一種新的解決途徑。吸塵滾筒最大的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在切割斷層, 即牽引速度低時(shí), 由于此時(shí)進(jìn)入滾筒的破碎煤較少, 截割區(qū)的空氣阻力相對(duì)較小, 從而增大了含塵空氣的收集率。吸塵滾筒與普通內(nèi)噴霧滾筒相比, 割煤期間空氣中煤塵含量可減少40%-80%（在耗水量相近的條件下）, 發(fā)生摩擦起火的次數(shù)也大大下降。吸塵滾筒所需高壓水由裝在采煤機(jī)上或布置在工作面巷道內(nèi)的高壓水泵提供。 1.2.3綜采工作面排塵技術(shù) 傳統(tǒng)的外噴霧逆風(fēng)噴霧方式, 使操作司機(jī)常處于高濃度粉塵條件下工作。對(duì)此, 美國(guó)礦業(yè)局進(jìn)行了大量的

16、實(shí)驗(yàn)與研究, 研制出了滾筒采煤機(jī)新型外噴霧凈化裝置。這種新型外噴霧裝置的基本原理是采用順風(fēng)引射排塵的方式, 將滾筒采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的高濃度含塵氣流引向沿煤壁流動(dòng), 阻止割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵向采煤機(jī)司機(jī)工作位置擴(kuò)散, 使含塵氣流和新鮮風(fēng)流分道運(yùn)行, 克服了傳統(tǒng)外噴霧系統(tǒng)逆風(fēng)噴霧時(shí)所產(chǎn)生的渦流效應(yīng)。這種新型外噴霧凈化裝置對(duì)含塵氣流的控制和凈化如圖435所示。它比逆風(fēng)噴霧方式在操作司機(jī)位置的粉塵濃度低50%左右, 在美國(guó)已廣泛推廣使用。740)this.width=740” border=undefined滾筒采煤機(jī)新型外噴霧凈化裝置主要有引射分流部分、抑制含塵氣流并凈化部分和跟蹤凈化部分組 成, 各部

17、分的結(jié)構(gòu)、名稱及作用分述如下。 （1）引射分流部分。包括分流臂及臂上安裝的15號(hào)噴嘴及采煤機(jī)上安裝的69號(hào)噴嘴。通過引射風(fēng)流的作用, 把工作面的風(fēng)流分成沿煤壁和人行道兩部分, 沿煤壁風(fēng)流捕集并攜帶采煤機(jī)滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵, 使其沿煤壁運(yùn)動(dòng), 在外噴霧水的作用下將部分粉塵沉降下來, 并使輸送機(jī)內(nèi)的煤表面得到濕潤(rùn)。 （2）抑制含塵氣流并凈化部分。包括采煤機(jī)箱體上安裝的1012號(hào)噴嘴, 通過此部分的作用, 進(jìn)一步控制含塵氣流繼續(xù)沿煤壁流動(dòng), 抑制其向人行道擴(kuò)散, 加強(qiáng)對(duì)含塵氣流的凈化并對(duì)煤壁進(jìn)行濕潤(rùn), 阻止吸附于煤壁上的粉塵重新飛揚(yáng)。 （3）跟蹤凈化部分。包括采煤機(jī)后端面上安裝的13、14號(hào)2個(gè)噴

18、嘴。通過此部分的作用, 對(duì)沿煤壁攜帶粉塵的風(fēng)流進(jìn)一步進(jìn)行凈化, 包括對(duì)由機(jī)體下面空間流過的含塵氣流的凈化, 控制采煤機(jī)回風(fēng)側(cè)滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生粉塵的飛揚(yáng), 并對(duì)運(yùn)輸?shù)拿禾窟M(jìn)行噴霧, 阻止運(yùn)輸過程中二次塵源的產(chǎn)生。 美國(guó)煤礦井下長(zhǎng)壁綜采面采用多巷布置, 即上、下順槽至少各布置3條, 因此可設(shè)專門排塵巷道, 其內(nèi)既無人也無設(shè)備, 盡管粉塵并未降下來, 但對(duì)人員無危害, 對(duì)礦井不構(gòu)成威脅。在工作面內(nèi), 為了配合排塵技術(shù), 采煤機(jī)采用單向順風(fēng)割煤, 使跟機(jī)作業(yè)人員均處在新鮮風(fēng)流中工作。 1.2.4噴吸結(jié)合降塵技術(shù) 噴吸結(jié)合降塵法是20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)國(guó)家煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)院與馬凱耶夫煤礦技術(shù)安全研究所提出的。

19、噴吸結(jié)合降塵法的基本原理如圖436所示。在采煤機(jī)3上的2個(gè)螺旋滾簡(jiǎn)（1和5)之間安設(shè)了數(shù)組噴嘴40在采煤機(jī)的側(cè)面固定有護(hù)板2,護(hù)板2從采煤機(jī)上表面伸向頂板。前滾筒1通過之后, 由工作面煤壁、滾筒新割出的煤臺(tái)上表面以及護(hù)板2圍成一個(gè)通道。此時(shí)噴嘴4向圖示方向噴射水霧, 上述通道內(nèi)的含塵空氣被噴吸器吸入, 粉塵被濕潤(rùn)后部分沉淀下來, 粉塵與空氣的混合物由噴吸器管道向采煤機(jī)的后滾簡(jiǎn)5噴去, 因此又將后滾筒產(chǎn)生的煤塵降下。采煤機(jī)反向截煤時(shí), 噴吸器反向噴射。經(jīng)分析并由試驗(yàn)證明, 當(dāng)采煤機(jī)順著風(fēng)流方向牽引截煤時(shí), 噴吸器的降塵效果比在逆風(fēng)流方向牽引截煤時(shí)差。但在這種情況下, 采煤機(jī)司機(jī)和移架工人是在新鮮

20、風(fēng)流處工作。噴吸結(jié)合降塵裝置能將綜采面風(fēng)流中含塵量降低70一80。740)this.width=740” border=undefined為保證對(duì)含塵空氣的抽吸效果, 在工作面風(fēng)速為4m/s的條件下, 噴吸器的吸風(fēng)量應(yīng)為100m3/min。噴吸器的實(shí)際給風(fēng)量與噴嘴數(shù)量、噴嘴型號(hào)以及水壓有關(guān)。當(dāng)水壓為1.62.8MPa,耗水量為2755L/min時(shí), 采用12個(gè)圓錐型噴嘴（噴嘴直徑為2.25mm)就可以保證100m3min以上供風(fēng)量。 1.3國(guó)內(nèi)綜放面常用降塵方法 1.3.1降塵措施分類 按照國(guó)內(nèi)綜放面粉塵防治技術(shù)機(jī)理的不同, 大體可將綜放面防塵技術(shù)措施分為減塵、降塵、排塵、除塵和個(gè)體防護(hù)（阻塵

21、）措施5類。 (1)減塵措施:a煤層注水；b采空區(qū)及巷道灌水；c選擇適宜的放煤方法和放煤參數(shù), 改進(jìn)放煤工藝；d改進(jìn)采煤機(jī)切割機(jī)構(gòu)及選擇合理截割參數(shù)。 (2)降塵措施:a采煤機(jī)內(nèi)外噴霧；b架間及放煤口自動(dòng)噴霧；c運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)載點(diǎn)及裝載點(diǎn)噴霧灑水；d防塵用水中添加濕潤(rùn)劑；e噴霧泡沫降塵；f噴霧水幕凈化風(fēng)流。 (3)排塵措施:a綜放面采用W型、E型通風(fēng)系統(tǒng)或U型順流（下行）通風(fēng)系統(tǒng), 選擇最佳排塵風(fēng)速；b隔塵措施, 例如采煤機(jī)安設(shè)縱向隔塵簾幕、回風(fēng)巷切口風(fēng)簾、破碎機(jī)密封罩等。 (4)除塵措施:包括干式捕塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器等。 (5)個(gè)體防護(hù):如工人戴防塵口罩、防塵面罩、防塵礦帽等。1.3

22、.2主要降塵方法 (1)采煤機(jī)滾筒外噴霧與內(nèi)噴霧降塵 目前綜放面滾筒采煤機(jī)降塵的主要方法是采用滾簡(jiǎn)內(nèi)外噴霧系統(tǒng), 即以霧狀壓力水射流沖擊截齒和截齒產(chǎn)塵空間, 濕潤(rùn)破碎煤體捕捉飛揚(yáng)的粉塵。 采煤機(jī)滾筒內(nèi)噴霧系統(tǒng)的噴嘴一般都設(shè)在螺旋滾筒適當(dāng)?shù)奈恢蒙? 噴霧射流軸線正對(duì)截齒的截割區(qū)。采煤機(jī)開動(dòng)時(shí)噴嘴噴霧, 截齒實(shí)現(xiàn)濕式截割, 這樣能將煤塵殲滅在產(chǎn)生處附近。外噴霧的噴嘴一般設(shè)在截割部靠煤壁一側(cè), 采煤機(jī)截煤時(shí)噴霧器向飛揚(yáng)在滾筒附近的煤塵噴霧。如果供水參數(shù)選擇合適, 外噴霧也能取得好的降塵效果。實(shí)踐證明, 內(nèi)外噴霧同時(shí)并用比單 獨(dú)采用內(nèi)噴霧或外噴霧的效果好, 降塵率可提高25%-30%。 內(nèi)噴霧的優(yōu)點(diǎn)是

23、霧化水直射截齒切割點(diǎn), 能把煤塵盡量消滅在產(chǎn)生處附近, 其降塵率比外噴霧高30%。此外, 內(nèi)噴霧還可降低截齒溫度, 預(yù)防摩擦火花, 延長(zhǎng)截齒使用壽命。 目前采用的內(nèi)噴霧一般均屬于低壓滅塵方式, 水壓約為2MPa。壓力不能提高的主要原因是受到供水管旋轉(zhuǎn)密封的限制。實(shí)際上在噴水出口處壓力遠(yuǎn)低于2MPa, 甚至在0.5MPa以下。由于水壓較低, 霧化質(zhì)量較差, 噴嘴堵塞后不能自動(dòng)清理, 所以目前采煤機(jī)的內(nèi)噴霧大多達(dá)不到預(yù)期效果。 采煤機(jī)外噴霧主要是采用噴霧器（或噴嘴）向截割區(qū)噴霧。保證噴霧效果的途徑是選擇高效能噴霧器和確定合理的安裝位置、供水參數(shù)。 采煤機(jī)的噴霧系統(tǒng)一般與其電機(jī)和液壓牽引部的水冷系統(tǒng)

24、合為一體。外噴霧用水是經(jīng)減壓閥減壓的電機(jī)及液壓牽引部冷卻水, 壓力控制在11.5MPa, 以保護(hù)電機(jī), 這就限制了外噴霧的降塵效果。內(nèi)噴霧在噴嘴處一般不低于22.5MPa, 工作面供水壓力需在4MPa以上。 (2)改進(jìn)采煤機(jī)的截割參數(shù), 減少產(chǎn)塵量 采煤機(jī)的產(chǎn)塵量與滾筒的形狀、截齒數(shù)量和形狀及布置方式、滾筒轉(zhuǎn)速以及由此而決定的截割速度、滾筒的截深和它的輸送能力等參數(shù)有關(guān)。通過對(duì)滾筒運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)措施, 可減少粉塵的生成。 a當(dāng)生產(chǎn)率較高時(shí), 滾筒形狀對(duì)產(chǎn)塵量影響極大, 如滾筒筒轱（葉片內(nèi)徑的回轉(zhuǎn)面形狀）的影響。通常筒轱表面為圓柱形, 葉片高度和運(yùn)煤斷面是不變的。而將簡(jiǎn)轱表面改為圓錐形

25、和指數(shù)回轉(zhuǎn)體形, 葉片高度往卸載端逐漸變大, 輸送空間也逐漸變大, 以適應(yīng)不同的運(yùn)煤量, 保證由滾筒向輸送機(jī)運(yùn)行的煤流穩(wěn)定, 煤的二次破碎較少, 二次粉塵產(chǎn)出量也較低。 b當(dāng)前的滾筒端盤大多采用碟形, 取代過去的平面形, 端盤與煤壁之間的間隙增大, 大大減少了煤塵的產(chǎn)生量, 最新研究的無端盤滾簡(jiǎn)將會(huì)使煤塵產(chǎn)出量進(jìn)一步減少。 c滾筒轉(zhuǎn)速、截齒的切削速度以及切削厚度也是影響煤塵產(chǎn)出量的重要因素。切削厚度較大時(shí)粉塵產(chǎn)出量相對(duì)較少, 一般認(rèn)為當(dāng)滾簡(jiǎn)轉(zhuǎn)速降至40r/min以下時(shí), 煤塵產(chǎn)出量就會(huì)顯著減少。但對(duì)薄煤層用小直徑（lm以下）螺旋滾筒來說, 由于運(yùn)煤能力較低, 轉(zhuǎn)速小時(shí)剝落下的煤炭運(yùn)不出去, 多

26、次粉碎嚴(yán)重, 煤塵將會(huì)大大增加。 d采用大型鎬型截齒, 減少截齒數(shù)量, 采出的煤塊粒度增大, 煤塵產(chǎn)出量則會(huì)大大減少。試驗(yàn)證明, 一條截線配置一個(gè)截齒的反向排列方式對(duì)減少煤塵產(chǎn)出量的效果影響最佳。 采用機(jī)械方法可以使單位產(chǎn)塵量降低, 但降幅是有限度的。隨著采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高, 只靠機(jī)械方法降塵是不能解決工作面空氣中含塵量超標(biāo)問題的, 特別是高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展, 采煤機(jī)功率大為提高, 生產(chǎn)率相應(yīng)提高, 并有可能截割圍巖和夾石, 這樣工作面的粉塵濃度有可能高達(dá)40008000mg/m3,有的甚至更高。 (3)煤體注水減塵 煤層預(yù)濕注水是煤炭開采中一項(xiàng)有效的預(yù)防性減塵措施。早在20世紀(jì)40年代,

27、國(guó)外已開始采用此法減塵, 至今已成為德國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)和波蘭等主要產(chǎn)煤國(guó)家廣泛采用的減塵措施。我國(guó)的煤層注水試驗(yàn)工作從20世紀(jì)50年代中期開始, 近兩年來許多綜放工作面都已推廣了煤層注水技術(shù)。 煤層注水的實(shí)質(zhì)概括為:通過鉆孔并利用水的壓力將水注入即將開采的煤層中, 注入煤層中的水沿著煤的裂隙向被裂隙分割的煤塊滲透并儲(chǔ)存于裂隙與空隙之中, 增加煤體水分, 使煤體得到預(yù)先濕潤(rùn), 以減少采煤時(shí)產(chǎn)生浮游粉塵的能力。 理論和實(shí)踐都已證明, 并非所有煤層和所有工作面都適合于注水, 為此提出了衡量注水難易程度的綜合評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)。其方法是通過注水實(shí)驗(yàn), 把煤層單位吸水量作為整體指標(biāo), 對(duì)各類煤

28、層的滲透性及濕潤(rùn)性作出綜合評(píng)價(jià)。所謂單位吸水量, 指壓力梯度等于1時(shí), 單位時(shí)間內(nèi)1cm2鉆孔表面積上的吸水量。由于煤層注水的難易程度還與可燃揮發(fā)分Vdaf有密切關(guān)系, 因此在應(yīng)用煤層單位吸水量時(shí)應(yīng)考慮Vdaf這一因素。按此兩類指標(biāo), 將煤層注水的難易程度分成3類:a第一類煤層容易注水煤層: 0.040.08cm/MPas Vdaf1030b第二類煤層較容易注水煤層: 0.030.06cm/MPas Vdaf30c第三類煤層難注水煤層: 0.010.05cm/MPas Vdaf10 表431是全國(guó)部分綜采（放）工作面煤層注水防塵效果的統(tǒng)計(jì)值, 從表中的數(shù)據(jù)可見, 煤層注水后綜采（放）面風(fēng)流中絕

29、對(duì)含塵量仍很高, 因此尋找更好的防塵、降塵技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。表4-3-1煤層注水對(duì)綜采（放）面主要塵源的降塵效果 平均全塵濃度（mg/m3） 注水后減少的全塵濃度（mg/m3） 平均水分增量（） 降塵率（） 采煤機(jī)司機(jī)處順風(fēng) 原始產(chǎn)塵量 424635161.12482.8注水后粉塵量 730采煤機(jī)司機(jī)處逆風(fēng) 原始產(chǎn)塵量 2447.516951.12469.25注水后粉塵量 752.5采煤機(jī)下風(fēng)流10m處順風(fēng) 原始產(chǎn)塵量 2584.22271.871.12487.9注水后粉塵量 312.3采煤機(jī)下風(fēng)流10m處逆風(fēng) 原始產(chǎn)塵量 2073.81770.41.12485.3注水后粉塵量 303.4回風(fēng)巷

30、 原始產(chǎn)塵量 474.5115.751.12424.4注水后粉塵量 35 8.75(4)液壓支架噴霧降塵 液壓支架移架也是工作面粉塵防治的主要對(duì)象。利用液壓支架和放煤動(dòng)作聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)噴霧降塵裝置, 一旦移架, 就能自動(dòng)噴霧降塵, 既能及時(shí)有效地捕集移架時(shí)產(chǎn)生的粉塵, 又不增加工作的操作工序, 取得了較好的降塵效果。煤科總院重慶分院為此研制成功的多功能閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏可靠、易損件壽命較長(zhǎng)。液壓支架移架和放煤自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)在鮑店煤礦1303工作面試驗(yàn), 移架時(shí)司機(jī)處與未采用防塵措施比較總粉塵降塵率達(dá)到81。 (5)放煤口的粉塵控制 放煤口也是綜采放頂煤工作面的主要塵源之一, 目前放煤口的防塵措

31、施主要還是噴霧降塵, 少數(shù)個(gè)別煤礦采取物理化學(xué)方法（濕潤(rùn)劑或泡沫）降塵。從控制方式看, 大多是手動(dòng)噴霧, 只有少數(shù)煤礦使用了與放煤同步的聯(lián)控自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)。鮑店煤礦1303工作面采用自動(dòng)噴霧降塵后, 放煤時(shí)放煤口下風(fēng)流5-7m人行道處與未采用降塵措施相比較總粉塵降塵率達(dá)到84.2。 (6)破碎機(jī)的防塵技術(shù) 破碎機(jī)產(chǎn)塵部位主要在破碎部。防塵的方法是將破碎機(jī)的塵源全封閉, 在出口處安設(shè)壓氣噴霧噴頭, 手動(dòng)閥門控制。采用壓氣噴霧提高了水的霧化效果, 同時(shí)也提高了降塵效果, 實(shí)測(cè)破碎機(jī)處的總粉塵降塵率達(dá)到了85.1。另外也對(duì)破碎機(jī)使用聲波霧化裝置前后的總粉塵和呼吸性粉塵濃度進(jìn)行了考察, 結(jié)果表明使用

32、聲波霧化降塵技術(shù), 可以有效地降低破碎機(jī)處的粉塵濃度, 特別是呼吸性粉塵的濃度, 其降塵率達(dá)到了93.5。 2、煤層注水技術(shù)與裝備 煤層注水是綜合防塵措施中一項(xiàng)預(yù)防性治本措施, 能預(yù)防沖擊地壓；軟化煤體, 降低切割能量；軟化頂煤, 減少大塊煤量, 提高回收率；在注水煤體的水中加入防火阻化劑, 可以預(yù)防火災(zāi), 使發(fā)火周期延長(zhǎng), 減少火災(zāi)的危害；還可以降低工作面環(huán)境的溫度等。目前應(yīng)用最多和最普遍的是煤層注水預(yù)濕煤體, 可減少采煤各環(huán)節(jié)的粉塵產(chǎn)生量。 兗州礦業(yè)集團(tuán)多年來對(duì)綜放工作面煤層注水技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究, 用三維非線性滲流描述了厚煤層注水的機(jī)理, 用扇形鉆孔解決了頂煤濕潤(rùn), 用水泥石膏漿解決水

33、平封孔問題, 實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)注水控制系統(tǒng), 解決了最佳注水問題。 2.1煤層注水的原理 2.1.1煤層結(jié)構(gòu) 煤層可以認(rèn)為是孔隙介質(zhì)組成的煤塊群和裂隙系統(tǒng)所組成的孔隙一裂隙結(jié)構(gòu)?？紫督Y(jié)構(gòu)是煤在成型過程中排出氣體和液體后形成的許多微小氣孔所組成。裂隙系統(tǒng)是由煤層的層理、節(jié)理和裂隙所組成, 它也是在成煤過程中形成的, 特別是在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中, 煤層被強(qiáng)大的構(gòu)造應(yīng)力所擠壓、錯(cuò)動(dòng)而破碎, 形成了裂隙系統(tǒng)。煤的孔隙一裂隙結(jié)構(gòu)見圖437所示。根據(jù)水在煤層孔隙中的流動(dòng)特性, 將煤層中孔隙分成5類, 見表432。740)this.width=740” border=undefined水在裂隙中, 為滲透層流運(yùn)

34、動(dòng), 而在小煤塊的微孔隙中是毛細(xì)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng), 并且兩者之間有強(qiáng)烈的質(zhì)量傳遞。由于被裂隙分割的小煤塊與滲透帶的尺寸相比可以說很小, 因此可看作在空間上是連續(xù)分布的, 這樣就可用連續(xù)介質(zhì)的方法來處理。即可用裂隙的滲透與裂隙和多孔煤塊間的液體傳遞的規(guī)律來描述這種介質(zhì), 由煤層的結(jié)構(gòu)可以看出, 這種裂隙一孔隙介質(zhì)作為研究水在煤層中的滲透是比較合理的。 因?yàn)槊簩佑懈飨虍愋缘奶攸c(diǎn), 所以假定裂隙一孔隙介質(zhì)應(yīng)當(dāng)在一定程度上是各向異性的。裂隙一孔隙介質(zhì)的模型如圖438所示。 根據(jù)水在孔裂隙中的流動(dòng)情況, 有裂隙、組合孔隙、死端孔隙和微孔隙之分。水在裂隙中作層流滲透運(yùn)動(dòng), 在組合孔隙中既有滲透又有毛細(xì)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

35、；在死端孔隙和微孔隙中主要是毛細(xì)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 2.1.2水在煤層中的運(yùn)動(dòng)原理 水在煤層中的運(yùn)動(dòng)包括水在溝通裂隙中的滲透運(yùn)動(dòng)、死端孔隙和微孔隙中水的毛細(xì)運(yùn)動(dòng)、水在微孔隙中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。因此煤層注水濕潤(rùn)煤體, 使水分增加, 就由裂隙中滲透、壓差、毛細(xì)和分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾部分水分增加量組成。理論研究表明, 裂隙滲透、壓差與裂隙中水的壓力有關(guān), 是壓力的函數(shù)；毛細(xì)和分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)則與液體和孔隙的性質(zhì)有關(guān), 而與孔隙中的水壓關(guān)系不大。只有從理論上搞清各參數(shù)之間的相互關(guān)系, 才能夠弄清煤層注水的機(jī)理, 指導(dǎo)實(shí)際煤層注水取得好的效果。 2.2厚煤層注水工藝 2.2.1煤層注水方式 “工作面超前動(dòng)壓區(qū)長(zhǎng)鉆孔雙巷注水”

36、是近幾年來充礦在實(shí)踐中摸索出的注水方式, 是根據(jù)工作面超前壓力使工作面前方一定寬度內(nèi)的煤體產(chǎn)生較多的次生裂隙這一特點(diǎn), 在該區(qū)域內(nèi)實(shí)施長(zhǎng)鉆孔注水。這種注水方式要確定合理的注水區(qū)域, 即確定合理的“注水超前距離”和“終止注水超前距離”。如注水超前距離過大, 在非動(dòng)壓區(qū)內(nèi)煤體導(dǎo)水性差, 注水困難；如注水超前距離過小, 煤體破碎度大, 次生裂隙過于發(fā)育, 注水易沿較大裂隙流出煤體, 達(dá)不到較好的注水效果。綜放面礦壓及深基孔觀測(cè)資料表明, 超前支承壓力對(duì)沿空測(cè)順槽的影響范圍約5060m, 對(duì)實(shí)體側(cè)順槽的影響范圍約為4050m, 而在距離工作面約6m內(nèi), 次生裂隙過于發(fā)育, 所以選擇的注水超前距離為30

37、40m, 終止注水超前距離為46m。 2.2.2鉆孔布置 鉆孔布置是在考慮到綜放厚煤層的特殊條件下來制定的, 布置是根據(jù)煤層層理、節(jié)理、裂隙及孔隙分布等情況, 采用能較好濕潤(rùn)頂煤的穿裂隙鉆孔布置, 鉆孔長(zhǎng)度及方向根據(jù)工作面長(zhǎng)度、鉆孔布置方式、煤層厚度及裂隙和孔隙等條件而定（興隆莊煤礦5319工作面煤的孔隙率平均5.8696）。根據(jù)興隆莊煤礦具體條件, 選擇雙向扇形鉆孔布置方式。一方面雙向鉆孔布置鉆孔長(zhǎng)度相對(duì)較短, 鉆孔容易實(shí)施, 鉆孔質(zhì)量易保障；另一方面也有利于煤層及頂煤的充分濕潤(rùn), 見圖439所示。 740)this.width=740” border=undefined (1)鉆孔直徑。鉆

38、孔直徑的選擇應(yīng)與封孔方式相適應(yīng)。當(dāng)采用封孔器封孔時(shí), 應(yīng)按封孔器的要求確定鉆孔直徑。如采用串球式封孔器封孔, 鉆孔直徑應(yīng)為65mm；采用水泥封孔器, 鉆孔直徑一般為76110mm, 通常取90mm。對(duì)于雙向扇形鉆孔, 鉆孔直徑取5255mm。(2)鉆孔長(zhǎng)度。鉆孔長(zhǎng)度取決于工作面長(zhǎng)度、煤層透水性及鉆孔方向。單向鉆孔的鉆孔長(zhǎng)度按下式計(jì)算: LL1一S （431）式中L鉆孔長(zhǎng)度, m; L1工作面長(zhǎng)度, m； S注水常數(shù)。注水常數(shù)S按下列原則取值:透水性弱的煤層, 上向孔、下向孔（從下順槽施工的鉆孔為上向孔, 反之為下向孔）均取S20m；透水性強(qiáng)的煤層, 上向孔取S20m, 下向孔取S（1/32/3

39、）L1。雙向鉆孔的鉆孔長(zhǎng)度按下式計(jì)算: LL1/2-15 （432）(3)鉆孔間距。鉆孔間距的大小取決于煤層的透水性、煤層厚度及煤層傾角等因素。合理的鉆孔間距等于鉆孔的潤(rùn)濕直徑。通過注水試驗(yàn)證明, 充州礦區(qū)的鉆孔間距以10-15m為宜。(4)鉆孔傾角。確定鉆孔傾角的基本原則是使鉆孔始終保持在煤層之中。施工中影響鉆孔移位的主要因素是鉆桿的下沉。鉆孔傾角按下式計(jì)算: a士 （433）式中鉆孔傾角； a煤層傾角； 鉆桿最大下沉角, arctgh/l, 打上向孔時(shí)取“”, 打下向孔時(shí)取“”； h鉆桿下沉距離, m； l鉆孔長(zhǎng)度, m;h/l鉆桿下沉率, 一般為0.3一1.0, 傾角大的硬煤層及剛度大而

40、每米重量小的鉆桿, 下沉率低, 反之則高。2.2.3.封孔方式及其選擇煤層注水效果的好壞, 封孔是關(guān)鍵。封孔有封孔器、水泥砂漿和水泥石膏漿等多種方式。封孔器封孔示意圖見圖4310所示, 其缺點(diǎn)是封孔的有效長(zhǎng)度短, 抗高壓水的能力較弱, 但低壓連續(xù)注水效果較好, 封孔簡(jiǎn)單, 因此適用于連續(xù)靜壓注水。水泥砂漿和水泥石膏漿封孔的關(guān)鍵是水平孔, 因傾斜孔由于砂漿自重的作用, 會(huì)自動(dòng)填滿因砂漿收縮產(chǎn)生的空隙。而水平孔往往產(chǎn)生月牙狀的空隙, 造成鉆孔跑水, 如圖4311所示。根據(jù)這一事實(shí), 對(duì)水泥砂漿和水泥石膏及加膨脹劑等各種成分組成和配比在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究, 試驗(yàn)表明采用水泥石膏漿封水平孔較理

41、想。水泥砂漿和水泥石膏漿等封孔方式一旦封好, 強(qiáng)度高, 有效封孔長(zhǎng)度大, 經(jīng)久耐用, 既能很好地適用于長(zhǎng)時(shí)間原始應(yīng)力帶注水, 又能較好地適用于動(dòng)壓帶的注水, 因此動(dòng)壓注水采用了該封孔方式。740)this.width=740” border=undefined2.2.4.注水參數(shù) （1）注水系統(tǒng)。由于兗州礦區(qū)開采深度較深, 工作面防塵用水靜壓能達(dá)到3.0MPa以上, 加之是在動(dòng)壓區(qū)注水, 因此采用靜壓注水方式。煤層注水系統(tǒng)主要由注水流量表、分流器、高壓閥門、注水管及封孔器等組成, 如圖4312所示。740)this.width=740” border=undefined (2)注水參數(shù)。單孔注

42、水量Q按下式確定: QKLBh （434)式中Q單孔注水量, m3； K注水系數(shù), 取1.1； L鉆孔長(zhǎng)度, m； B鉆孔間距, m； h煤層厚度, m； 煤密度, t/m3； 噸煤注水量, m3t, 取0.025 m3t。 注水壓力按下式確定: （1.2一1.5）pwpZ0.75pt (435)式中pZ煤層注水壓力, MPa; pw煤層瓦斯壓力, MPa; pt上覆巖層壓力及煤層剪切強(qiáng)度之和, MPa。 注水壓力反映鉆孔的注水阻力。鑒于兗州礦區(qū)開采煤層深度較大, 在不超過0.75 pt, 及泵的額定壓力（動(dòng)壓注水時(shí)）條件下, 注水壓力以能滿足鉆孔注水流量為宜。通常靜壓水水壓在3.04.0MP

43、a之間能滿足上述要求。 若日注水時(shí)間Tr按24h連續(xù)注水計(jì), 總注水時(shí)間T可按下式確定: T（D一d）/i （436)式中T總注水時(shí)間, d; D開始注水時(shí)鉆孔到工作面的距離, 取35m； d結(jié)束注水時(shí)鉆孔距工作面的距離, 取5m； i工作面日推進(jìn)度, m/d. 單孔注水流量q按下式計(jì)算: q1000Q（TTr60） （437)式中q單孔注水流量, L/min。 2.3煤層注水自動(dòng)化控制系統(tǒng) 煤層注水自動(dòng)化控制系統(tǒng)與裝備屬于典型的機(jī)電液一體化設(shè)備, 它包括液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)能夠可靠工作, 各子系統(tǒng)均具有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能。 2.3.1液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的主要作用是

44、為煤層注水提供一定壓力和流量的水源, 它主要由水泵、電機(jī)、比例電磁閥、流量傳感器、壓力傳感器和管路等組成。為了便于設(shè)備維護(hù), 設(shè)置了必要的截止閥。 2.3.2電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)的主要作用是:提供壓力控制開關(guān)與電機(jī)及計(jì)算機(jī)之間的電氣線路；提供比例電磁閥等與計(jì)算機(jī)之間的電氣線路；提供流量傳感器、壓力傳感器與計(jì)算機(jī)之間的電氣線路。它主要由電機(jī)、變頻器、比例電磁閥以及計(jì)算機(jī)外圍電氣線路等組成。 2.3.3計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是煤層注水設(shè)備的核心。它的主要作用是:采集注水流量、注水壓力、水泵入口壓力；控制比例電磁閥閥芯開度, 從而控制靜壓注水流量或壓力；為壓力控制開關(guān)提供動(dòng)靜壓自動(dòng)切換、缺水停

45、泵保護(hù)、高壓停泵保護(hù)等控制；鉆孔跑水?dāng)嗨刂疲伙@示各路注水流量、注水壓力, 累計(jì)注水量等參數(shù)；可以實(shí)現(xiàn)無人看管的自動(dòng)注水。 該系統(tǒng)主要由硬件和軟件系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的工作原理如下。 2.3.3.1閉環(huán)控制系統(tǒng) 無論是恒壓注水還是恒流注水, 都對(duì)應(yīng)著靜壓注水和動(dòng)壓注水2種方式, 因此具有4個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (1)壓力閉環(huán)控制。在靜壓注水和動(dòng)壓注水時(shí), 壓力控制的方法是不同的, 靜壓注水時(shí)的執(zhí)行元件是比例電磁閥, 而動(dòng)壓注水時(shí)的執(zhí)行元件不僅僅是比例電磁閥, 還有壓力控制開關(guān)等。壓力閉環(huán)控制的原理如下所述: 靜壓注水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理是:首先將系統(tǒng)的設(shè)定壓力值與壓力測(cè)量值進(jìn)行比較, 然

46、后將此差值輸入控制器中, 經(jīng)處理后的差值信號(hào)進(jìn)入比例電磁閥的伺服放大器, 從而控制閥芯開度, 進(jìn)而控制比例電磁閥的出口端壓力（即煤層注水壓力）。壓力閉環(huán)系統(tǒng)工作原理如圖4313所示。740)this.width=740” border=undefined動(dòng)壓注水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理是:首先將系統(tǒng)的設(shè)定壓力值與測(cè)量值進(jìn)行比較, 然后將此值翰入控制器中, 經(jīng)處理后的差值信號(hào)進(jìn)入泵流量調(diào)節(jié)閥, 從而控制泵的出水流量或壓力, 即注水壓力。動(dòng)壓注水壓力閉環(huán)系統(tǒng)工作原理如圖4314所示。740)this.width=740” border=undefined(2)流量閉環(huán)控制。在靜壓注水和動(dòng)壓注水時(shí)

47、, 流量控制方法亦不同。靜壓注水時(shí)的執(zhí)行元件是比例電磁閥, 而動(dòng)壓注水時(shí)的執(zhí)行元件是泵及流量控制閥。流量閉環(huán)控制的原理如下。 靜壓注水流量閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是:首先將系統(tǒng)的設(shè)定流量值與流量測(cè)量值進(jìn)行比較, 然后將此差值輸人控制器中, 經(jīng)處理后的差值信號(hào)進(jìn)入比例電磁閥的伺服放大器, 從而控制閥芯開度進(jìn)而控制比例閥的流量（即煤層注水流量）。靜壓注水流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理如圖4315所示。740)this.width=740” border=undefined 動(dòng)壓注水壓力閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是:首先將系統(tǒng)的設(shè)定流量值與流量側(cè)量值進(jìn)行比較, 然后將此差值輸入控制器中, 經(jīng)處理后的差值信號(hào)送人泵流量

48、調(diào)節(jié)閥, 從而控制水泵水流量即煤層注水流量。動(dòng)壓注水流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理如圖4316所示。740)this.width=740” border=undefined2.3.3.2硬件組成 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由以下幾部分組成: (1) 8031單片機(jī)。它是測(cè)控系統(tǒng)的核心, 完成數(shù)據(jù)的采集、處理、運(yùn)算、存檔、系統(tǒng)總控與管理。 (2)LED顯示器、鍵盤。是系統(tǒng)的對(duì)話部件, 實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)及狀態(tài)的顯示, 完成命令、參數(shù)的輸入。 (3) I/O接口箱。完成輸入輸出信號(hào)的處理、放大、隔離和分配等。 (4)隔爆電源箱。主要由比例閥的4路功放為流量傳感器、壓力傳感器、比例閥、單片機(jī)提供直流電源。測(cè)控系統(tǒng)硬件原理

49、圖如圖4317所示。740)this.width=740” border=undefined2.3.4控制柜 注水設(shè)備的電氣系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)全部放置在一個(gè)控制柜內(nèi)?？刂泼姘逅闹苊芊? 以利于防塵。四路流量、壓力傳感器、比例電磁閥等均安放于該柜內(nèi), 各種管路及連接件全部采用航空系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 性能可靠。 2.3.5軟件 系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫, 程序質(zhì)量高, 程序的設(shè)計(jì)中充分考慮了干擾信號(hào)的處理, 因此系統(tǒng)運(yùn)算準(zhǔn)確, 顯示穩(wěn)定可靠, 軟件基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置方便, 易于操作。 2.4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例 2.4.1、應(yīng)用礦井及工作面概況 兗州礦業(yè)集團(tuán)公司興隆莊煤礦是我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代化大型礦井, 原設(shè)計(jì)能力為300

50、萬t/a,現(xiàn)已達(dá)到600萬t/a,綜放工作面煤層注水技術(shù)選定在該礦的5319工作面進(jìn)行。 5319工作面位于該礦五采區(qū)下部, 西南方為5318綜放面（已采完）, 東北方與5320設(shè)計(jì)工作面相鄰, 西北至肖家莊三號(hào)丈二斷層停采, 東西 面為切眼與七采區(qū)相鄰, 埋藏深度為452.51548.0m。煤層賦存條件為:煤層產(chǎn)狀平緩, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 距離煤層頂板2.7m處夾一層0.03m炭質(zhì)泥巖夾矸, 煤層厚度為7.2m8.95m, 加權(quán)平均厚度為8.27m, 煤層厚度大且穩(wěn)定, 密度為1.35t/m3, 在工作面內(nèi)有2個(gè)斷層。 工作面上下順槽中一中平距為199.27m, 面凈長(zhǎng)195.17m, 煤層平均厚

51、度8.27m, 儲(chǔ)量為385萬t。采用一刀一放為基本工藝, 采放平行作業(yè), 工藝流程為:割煤-移架-推前部溜-放煤-推后部溜, 采煤機(jī)割深0.8m。 2.4.2.注水效果考察方法 注水效果, 主要表現(xiàn)在煤層被水濕潤(rùn)的程度和降塵率注水后煤層濕潤(rùn)程度的考察, 是針對(duì)某一鉆孔兩側(cè)的煤體, 在工作面范圍內(nèi)的10架、30架、50架、70架、90架、110架6個(gè)點(diǎn), 距鉆孔不同距離的放煤口處取樣進(jìn)行全水分的測(cè)定, 并與注水前煤的全水分進(jìn)行對(duì)比, 從而求得水分增量。 考察降塵的效果, 對(duì)注水區(qū)域內(nèi)的采煤機(jī)司機(jī)處、下風(fēng)流10m15m處、放煤下風(fēng)流10m15m處、移架下風(fēng)流10m15m處、回風(fēng)順槽25m30m處

52、等進(jìn)行粉塵濃度的測(cè)定。 2.4.3.試驗(yàn)結(jié)果及分析 1)注水后水分增量的考察 水分增量標(biāo)志著注水后煤層濕潤(rùn)及其均勻程度。其測(cè)試結(jié)果見表433所示。740)this.width=740” border=undefined從表433可以看出, 煤層注水后, 水分增量基本都不小于1, 說明注水后達(dá)到了預(yù)期的效果。實(shí)踐證明, 注水后煤層水分增量不小于1, 說明注水效果是比較理想的。 2）注水后對(duì)各塵深的降塵效果考察 煤層注水的目的之一就是預(yù)濕煤體, 減少采煤各環(huán)節(jié)的粉塵產(chǎn)生量, 其測(cè)點(diǎn)布置和側(cè)塵方法按照原煤炭部頒布試行的粉塵濃度與分散度測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)及煤礦井下粉塵測(cè)試規(guī)范進(jìn)行, 測(cè)塵結(jié)果見表434、表4

53、35所示。740)this.width=740” border=undefined740)this.width=740” border=undefined740)this.width=740” border=undefined從表434、表435中可以看出, 煤層注水后采煤機(jī)司機(jī)處的總粉塵濃度從3040.6mg/m3（順風(fēng)）、2120mg/m3（逆風(fēng)）降至483.8mg/ m3（順風(fēng)）、465.lmg/ m3（逆風(fēng)）, 降塵率為84.1（順風(fēng)）、78.1（逆風(fēng)）；呼吸性粉塵濃度從504.4mg/ m3（順風(fēng)）、351.lmg/ m3（逆風(fēng)）降至16325mg/ m3（順風(fēng)）、149.6mg/

54、m3（逆風(fēng)）, 降塵率為67.6（順風(fēng)）、57.4%（逆風(fēng)）, 效果比較理想。加上噴霧系統(tǒng)后能夠?qū)⒐ぷ髅娴目偡蹓m濃度控制在150mg/ m3以下, 呼吸性粉塵控制在100mg/ m3以下, 均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo), 并且使工作面的環(huán)境和勞動(dòng)衛(wèi)生條件得到極大的改善。 3、滾筒采煤機(jī)防塵技術(shù)及裝備 3.1滾筒割煤產(chǎn)塵的擴(kuò)散機(jī)理 圖4318所示為一個(gè)滾筒處于割煤狀態(tài), 其上、下為頂、底板, 端盤和前方為煤幫, 只有后方和采空側(cè)一端是自由空間, 當(dāng)其不割煤而按圖示方向空轉(zhuǎn)時(shí), 就類似于軸流式通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子, 將空氣從其后方吸入, 由采空側(cè)一端排出, 在采煤機(jī)兩端、輸送機(jī)上方、垂直煤壁方向形成渦旋風(fēng)流場(chǎng)。 滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵雖具備一定的動(dòng)能