煤礦粉塵防治新技術(shù)

1、煤礦粉塵防治新技術(shù)主要內(nèi)容粉塵的基本概念及性質(zhì)煤層高壓注水防塵技術(shù)高壓噴霧降塵技術(shù)(綜采面割煤防塵技術(shù))綜掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)干式打鉆孔口多級(jí)除塵技術(shù)放炮自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)通風(fēng)除塵技術(shù)錨噴防塵技術(shù)濕潤(rùn)劑除塵技術(shù)泡沫除塵技術(shù)粉塵的基本概念及性質(zhì)1.1 粉塵的幾個(gè)基本概念煤礦粉塵煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤、巖石及其它物質(zhì)的微粒的統(tǒng)稱。來源：煤礦生產(chǎn)過程成份：煤、巖石或其他物質(zhì)大?。何⒘＃◤姆缐m肺角度：一般指小于100m，從防爆炸角度，一般指小于850m（美國(guó)425m）浮游粉塵，能在礦井空氣中懸浮的粉塵。一般粒徑小于100m能較長(zhǎng)時(shí)間地懸浮在空氣中，可隨風(fēng)飄出10m，小于10m粉塵能隨風(fēng)飄出數(shù)

2、百米以外。粉塵的基本概念及性質(zhì)沉積粉塵：因自重而沉降在巷道、硐室周邊以及支架、材料和設(shè)備等上面的粉塵。全塵(總粉塵)：飛揚(yáng)在井下空間的含各種粒徑的粉塵。呼吸性粉塵：能被吸入人體肺泡區(qū)的浮塵。（煤礦安全規(guī)程2004版的定義）一般指5m可以滯留在呼吸道中，隨啖液排出。粉塵的基本概念及性質(zhì)可見粉塵：粒徑大于10m ，肉眼能看見的粉塵。顯微粉塵：粒徑為0.2510m，在光學(xué)顯微鏡下可以看見的粉塵。超顯微粉塵：粒徑小于0.25m，在電子顯微鏡下可以看見的粉塵粉塵分散度：各粒徑區(qū)間的粉塵數(shù)量或質(zhì)量分布的百分比。爆炸性煤塵：懸浮在空氣中的煤塵云，在一定濃度和有引爆熱源條件下，能發(fā)生爆炸的煤塵。粉塵的基本概念

3、及性質(zhì)2.1 粉塵的幾個(gè)基本性質(zhì)粉塵的潤(rùn)濕性概念：粉塵粒子能否與液體相互附著或附著難易的性質(zhì)稱為粉塵的潤(rùn)濕性或吸濕性。影響因素：粉塵的粒徑、形狀、含水率、表面粗糙度及荷電性、塵粒與水霧粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等。濕潤(rùn)性利用：濕式除塵粉塵的基本概念及性質(zhì)粉塵的荷電性懸浮于空氣中的塵粒通常帶有電荷。經(jīng)測(cè)定浮游在空氣小的塵粒有9095帶正電或負(fù)電，有5%10的塵粒不帶電。采掘工作面剛剛產(chǎn)生的新鮮塵粒較回風(fēng)道中的塵粒易帶電。當(dāng)塵粒帶有相同電荷時(shí)，則互相排斥不易凝聚，懸浮于空氣中的塵粒穩(wěn)定性增高，不易沉降。塵粒帶有相異電荷時(shí)，則相互吸引，促進(jìn)凝聚，加速沉降。一般認(rèn)為，帶電的塵粒較易沉積在支氣管和肺泡中，影響著細(xì)

4、胞的吞噬速度，礦塵的荷電量越大，對(duì)人體的危害也越嚴(yán)重。電除塵器通常利用塵粒的荷電性來除塵的。粉塵的基本概念及性質(zhì)煤塵的爆炸性煤塵爆炸的三個(gè)條件：煤塵自身具有爆炸性。揮發(fā)份含量在10%以上的煤塵一般都具有爆炸性，我國(guó)90%以上的煤礦煤塵具有爆炸危險(xiǎn)。煤塵懸浮在空氣中且達(dá)到一定濃度。爆炸下限4050g/m3，上限一般定為2000g/m3。足夠能量的著火源。煤塵云的著火溫度一般為6101015，多數(shù)為700900。能引燃瓦斯的火源基本都能引爆煤塵。粉塵的基本概念及性質(zhì)煤塵爆炸過程及特征爆炸機(jī)理：在煤塵粒周圍的氣相內(nèi)發(fā)生，按照鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論發(fā)展成為爆炸。爆炸特征：爆炸沖擊波使落塵揚(yáng)起，隨后而到的爆炸火焰

5、將其點(diǎn)燃而發(fā)生二次爆炸，三次爆炸等，且爆炸一次比一次威力更大，破壞性也更嚴(yán)重。粉塵的基本概念及性質(zhì)煤塵爆炸參數(shù)及產(chǎn)物（“三高一大”）火焰溫度：16002000，重慶院試驗(yàn)2242爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣龋涸囼?yàn)結(jié)果6101800m/s；爆炸沖擊波傳播速度：最大可達(dá)2340m/s。爆炸壓力：與巷道條件有關(guān)，重慶院曾測(cè)得爆壓0.93MPa，美國(guó)測(cè)得達(dá)1.9MPa。爆炸壓力與有與障礙物有關(guān)，有障礙物時(shí)爆壓會(huì)突然增大。產(chǎn)生大量有毒有害氣體。某一次爆炸后的氣體成份分析結(jié)果，CO:8.15%; CO2:11.25%; O2:1.15%粉塵的基本概念及性質(zhì)影響煤塵爆炸性的因素?fù)]發(fā)分含量揮發(fā)分含量%28爆炸性除個(gè)別外，

6、基本無爆炸性爆炸性弱爆炸性較強(qiáng)爆炸性很強(qiáng)我國(guó)煤塵可燃性揮發(fā)分含量與其爆炸性的關(guān)系粉塵的基本概念及性質(zhì)爆塵的粒度實(shí)驗(yàn)證明，1mm以下的煤塵粒子雖然都可能參與爆炸，但75m以下的煤塵粒子其爆炸性最強(qiáng)。煤塵與沼氣共存的影響沼氣的存在，會(huì)擴(kuò)大煤塵云爆炸濃度的上下界限沼氣濃度，%0.51.01.52.02.53.0煤塵爆炸下限，g/m33020151085沼氣濃度與爆炸下限濃度的關(guān)系（蘇聯(lián)試驗(yàn)結(jié)果） 粉塵的基本概念及性質(zhì)水分含量。煤塵的水分具有減弱和阻礙其爆炸的性質(zhì)。但是，如爆炸已經(jīng)發(fā)生，煤塵自身所含水分的阻爆作用就很小了。美國(guó)在巷道中試驗(yàn)表明，煤塵的水分即使達(dá)到了25，也仍然參與了強(qiáng)烈爆炸?；曳趾?。

7、煤塵的爆炸性隨其灰分含量的增加而降低。當(dāng)煤塵的灰分含量小于20時(shí)，對(duì)其爆炸性影響不大；當(dāng)灰分含量達(dá)3040時(shí)，爆炸性會(huì)明顯下降。 粉塵的基本概念及性質(zhì)煤塵爆炸危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)（我國(guó)）根據(jù)煤塵的可燃揮發(fā)分含量初步評(píng)價(jià)煤塵的爆炸危險(xiǎn)性。一般情況下，揮發(fā)份10的煤塵基本無爆炸危險(xiǎn)性；10的煤塵基本都有爆炸危險(xiǎn)性。煤塵爆炸性鑒定。只能具有資質(zhì)單位進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。根據(jù)試驗(yàn)中有無出現(xiàn)火焰和火焰出現(xiàn)的次數(shù)和強(qiáng)度，確定煤塵有無爆炸性和爆炸危險(xiǎn)性強(qiáng)弱程度。 煤層高壓注水防塵技術(shù)3.1 煤層注水方式及其選擇煤層注水方式有四種（按鉆孔長(zhǎng)度分）：見圖短孔20m 煤層高壓注水防塵技術(shù)煤層注水方式的選擇長(zhǎng)鉆孔注水方式它具有濕潤(rùn)

8、媒體均勻、濕潤(rùn)范圍大、對(duì)生產(chǎn)干擾較小等優(yōu)點(diǎn)。在煤層厚度大于1.3m、沒有或只有較小的走向斷層、煤層埋藏穩(wěn)定、傾角變化小，煤的孔隙率大于4時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用該注水方式。 短鉆孔注水方式 它具有對(duì)地質(zhì)條件及圍巖性質(zhì)等適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在煤層厚度小于1.3m，或圍巖有嚴(yán)重吸水膨脹性質(zhì)，或地質(zhì)情況復(fù)雜、煤層傾角變化較大，或煤的孔隙率小于4、透水性極弱時(shí)，應(yīng)考慮采用該注水方式。 煤層高壓注水防塵技術(shù)深孔注水方式它具有短鉆孔注水方式所具有的很多優(yōu)點(diǎn)，而且鉆孔數(shù)量少，濕潤(rùn)范圍大，水能均勻滲透到孔隙中去，有利于降低呼吸性煤塵，但注水壓力較高。在采煤循環(huán)中，如果能安排出注水時(shí)間和具備注水條件時(shí)，可考慮采用該注水方

9、式。但煤的孔隙率小于4時(shí)不要采用。巷道鉆孔注水方式它具有鉆孔數(shù)量少，對(duì)生產(chǎn)干擾很小的優(yōu)點(diǎn)，但大部分是打巖石鉆孔，費(fèi)用較高。在有巷道或抽放瓦斯鉆孔可利用的情況下，而且煤層較厚時(shí)，可考慮采用該注水方式。煤層高壓注水防塵技術(shù)3.2 長(zhǎng)孔高壓注水鉆孔布置方式傾斜鉆孔偽傾斜鉆孔特厚煤層穿層鉆孔煤層高壓注水防塵技術(shù)煤層高壓注水防塵技術(shù)煤層高壓注水防塵技術(shù)煤層高壓注水防塵技術(shù)煤層高壓注水防塵技術(shù)鉆孔參數(shù)孔徑。5595mm孔長(zhǎng)。根據(jù)采面長(zhǎng)度而定，留1520m煤柱孔間距。依試驗(yàn)而定。一般1020m封孔深度封孔深度應(yīng)當(dāng)超過沿巷道邊緣煤體的卸壓帶寬度；封孔深度一般應(yīng)大于515m。煤層高壓注水防塵技術(shù)封孔方法水泥砂漿

10、封孔。水:灰:砂=0.5:1:1封孔器封孔。外徑比孔徑小1020mm煤層高壓注水防塵技術(shù)注水系統(tǒng)及其選擇注水系統(tǒng)分為二種：靜壓注水系統(tǒng)動(dòng)壓注水系統(tǒng)通過實(shí)際注水試驗(yàn)，根據(jù)煤層透水性的強(qiáng)弱選擇注水系統(tǒng)：如果采用靜壓注水，在兩晝夜期間內(nèi)，鉆孔的注水流量都大于1 L/min，而且在預(yù)定的注水時(shí)間內(nèi)能達(dá)到注水量的要求，則可采用靜壓注水系統(tǒng)，否則應(yīng)采用動(dòng)壓注水系統(tǒng)。煤層高壓注水防塵技術(shù)注水參數(shù)注水壓力：高于瓦斯壓力而低于地層壓力。宜控制在512MPa之內(nèi)注水流量：宜采用小流量注水(由封孔器來定)，以提高濕潤(rùn)效果。采用動(dòng)壓注水時(shí)，每孔注水流量應(yīng)控制在511 L/min。煤層高壓注水防塵技術(shù)注水量：可按噸煤需

11、要的注水量計(jì)算求得。中厚煤層噸煤注水量為0.0150.03t，厚煤層0.030.04t。注水流失率大時(shí)取上限。注水時(shí)間：按注水量和注水流量計(jì)算。實(shí)際中以煤壁出汗為準(zhǔn)。出汗后也可再注一段時(shí)間。注水超前于回采的距離：超前距離：= 第一個(gè)鉆孔停止注水時(shí)與工作面距離 + 在注水時(shí)間內(nèi)回采面推進(jìn)的距離。煤層高壓注水防塵技術(shù)提高長(zhǎng)鉆孔注水效果的措施間歇注水。間歇注水可消除快速注水形成的氣泡對(duì)水進(jìn)入裂隙的阻擋作用?？變?nèi)震動(dòng)放炮。在孔內(nèi)裝藥放震動(dòng)炮能破壞媒體原有的結(jié)構(gòu)、增多與增大裂隙，提高注水流量，降低注水壓力，從而提高注水效果。添加濕潤(rùn)劑。在水中添加濕潤(rùn)劑可減少水的表面張力，提高注水濕潤(rùn)速度，增大注水濕潤(rùn)半

12、徑。但會(huì)增加工藝的復(fù)雜性。煤層高壓注水防塵技術(shù)3.3 短孔高壓注水鉆孔布置單排布置。煤層厚度小于1.7m時(shí)雙排三花眼布置。煤層厚度小于1.7m時(shí)鉆孔參數(shù)孔徑：4255mm孔深：每日一班注水時(shí)，孔深等于日推進(jìn)度+0.2m孔間距：由試驗(yàn)確定。通常35m。封孔深度：1.22m。采用自動(dòng)封孔器封孔。封孔器長(zhǎng)度一般為1m。煤層高壓注水防塵技術(shù)注水參數(shù)注水壓力：由試驗(yàn)確定，以滿足流量要求和不泄水為準(zhǔn)。一般46MPa。注水時(shí)間：由于生產(chǎn)的關(guān)系，應(yīng)按限定的總注水時(shí)間，然后計(jì)算分配到每個(gè)注水孔的時(shí)間。注水流量：根據(jù)生產(chǎn)允許的注水時(shí)間確定。宜以較大的流量注水煤層高壓注水防塵技術(shù)注水系統(tǒng)如下圖所示。煤層高壓注水防塵

13、技術(shù)煤層高壓注水防塵技術(shù)提高短孔高壓注水效果的措施適當(dāng)增大注水水壓。適當(dāng)增大水壓可提高鉆孔注水量和縮短單孔注水時(shí)間，同時(shí)有利于將煤體的瓦斯擠出，起到同時(shí)治理瓦斯作用。分組同時(shí)注水。根據(jù)工作面面長(zhǎng)，分成23組同時(shí)注水，以保證在總注水時(shí)間內(nèi)完成注水工作。添加濕潤(rùn)劑。在水中添加濕潤(rùn)劑可減少水的表面張力，提高注水濕潤(rùn)速度，增大注水濕潤(rùn)半徑。深孔交錯(cuò)布置，重復(fù)注水。如下圖 煤層高壓注水防塵技術(shù) 高壓噴霧降塵技術(shù)4.1高壓噴霧的優(yōu)點(diǎn)普通的低壓噴霧的不足：噴嘴易堵塞；對(duì)微細(xì)粉塵的降塵效果差；耗水量大，污染環(huán)境。高壓噴霧優(yōu)點(diǎn)：水流速度大，作用距離長(zhǎng)，霧粒分散度高，霧粒和塵粒的碰撞能量大。在射流柱體附近產(chǎn)生負(fù)壓

14、，能吸引周圍含塵空氣進(jìn)入霧體內(nèi)，提高降塵率。高壓噴霧能使射流的霧滴增加帶電性，加速塵粒凝聚。 高壓噴霧降塵技術(shù)4.2高壓噴霧的水壓一般1015MPa。4.3高壓噴霧系統(tǒng)主要由高壓水泵、水箱、水質(zhì)過濾器、高壓噴嘴及高壓軟管等組成。4.4高壓噴霧的降塵效果一般比低壓噴霧提高7595%。 高壓噴霧降塵技術(shù)4.5采煤機(jī)高壓外噴霧降塵技術(shù)1-負(fù)壓噴霧器2-高壓控制閥3-高壓膠管 4-截止閥 5-壓力表6-減壓閥7-高壓水泵 8-水質(zhì)過濾器 9-供水水箱采煤機(jī)高壓外噴霧二次負(fù)壓降塵裝置結(jié)構(gòu) 綜掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)渦流控塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖 綜掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)渦流控塵裝置出風(fēng)示意圖綜

15、掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)1噴霧器;2集流器;3液壓風(fēng)機(jī);4除塵脫水裝置;5風(fēng)向調(diào)節(jié)器液動(dòng)濕式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖綜掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)除塵系統(tǒng);控塵系統(tǒng);壓入式風(fēng)機(jī)。長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)布置示意圖綜掘工作面渦流控塵液動(dòng)濕式除塵技術(shù)應(yīng)用效果該系統(tǒng)在新汶?yún)f(xié)莊礦11107E運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭應(yīng)用。此巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度980m,掘進(jìn)時(shí)采用切圓拱形斷面、破煤層頂板施工,采用錨帶網(wǎng)支護(hù),S荒=10.54 m2,S凈=9.24 m2。巷道施工采用S150型掘進(jìn)機(jī)割煤, 工作面采用渦流控塵和液動(dòng)濕式除塵技術(shù)后,通過測(cè)試,割煤時(shí)平均粉塵質(zhì)量濃度由530.3 mg/m3降至37.34 mg/m3,降塵率為92

16、.9%。干式打鉆孔口多級(jí)除塵技術(shù)放炮自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)放炮噴霧不僅能降塵，而且可減輕炮煙危害。常用的放炮噴霧裝置有三種：風(fēng)水噴霧器壓氣噴霧器爆破波自動(dòng)噴霧裝置放炮自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)風(fēng)水噴霧器放炮前，將兩個(gè)噴霧器分別掛在距工作面10m，距巷道底板2m處的支架兩幫。放炮后，噴霧1015min為宜。使用時(shí)，風(fēng)壓至少要高于水壓100kPa。當(dāng)風(fēng)壓為600kPa、水壓為400kPa時(shí)，水霧射程達(dá)15m，水霧寬達(dá)5m，耗水量250L/min，射體可直接作用到掘進(jìn)頭破碎巖堆上。放炮自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)YP-I型壓氣噴霧器該噴霧器是放炮消煙降塵的新型防塵器具，由煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的工廠生產(chǎn)。適用于斷面8m2以下

17、的炮掘工作面，放炮時(shí)噴霧10min即可。技術(shù)特征；水壓3003000kPa、耗水量1620L/min；氣壓300800kPa、耗氣量0.61m3/min。在此條件下，霧粒粒度直徑200m以下占99，50m以下占83。老道風(fēng)速0.150.25m/s時(shí)，縱向有效射程810m，橫向有效射程4m，形成水幕的降塵率為90以上。 放炮自動(dòng)噴霧降塵技術(shù)爆破波自動(dòng)噴霧裝置 爆破波白動(dòng)噴霧裝置主要是把帶有波動(dòng)板的旋塞開關(guān)安裝在距工作面1015m處的分支水管和氣管的接頭上。放炮前，將波動(dòng)板保持垂直位置(此時(shí)水、氣閥門處于關(guān)閉狀態(tài))。爆破瞬間，由于產(chǎn)生的爆破沖擊波沖擊波動(dòng)板，波動(dòng)板倒至水平，水、氣閥門隨即打開，與之相連的噴男器自動(dòng)噴出水霧。將波動(dòng)板恢復(fù)垂直位置，噴霧即停止。 通風(fēng)除塵技術(shù)通風(fēng)除塵的重點(diǎn)是排除其它除塵措施沒有處理徹底的、懸浮于空氣中的那部分粉塵，尤其是小于10m的微細(xì)粉塵。最優(yōu)排塵風(fēng)速如下圖所示通風(fēng)除塵技術(shù)最優(yōu)排塵風(fēng)速示意圖最優(yōu)排塵風(fēng)速一般為1.22.5m/s 錨噴防塵技術(shù)采用濕錨桿眼鉆機(jī)。如YSP45型向上式濕式鑿巖機(jī)或MZ系列濕式液壓錨桿眼鉆機(jī)。改干噴為潮噴。降塵率可達(dá)75%以上。采用低風(fēng)壓近距離噴射，以減少回彈量，降低產(chǎn)塵量。一般應(yīng)使風(fēng)壓118147kPa，噴射距離0.40.8m為宜。采用逆向加水噴頭。原理是使物料得到充分濕潤(rùn)、攪拌。降塵率比順向加水提高40%