煤矿生产采面减降尘技术研究与应用毕业设计.docx
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煤矿生产采面减降尘技术研究与应用毕业设计
煤矿生产采面减降尘技术研究与应用
StudyandApplicationofTechnologyaboutDecreasingandDroppingDustUsedIntheMiningFace
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摘要
煤矿生产采面减降尘技术是多年来被国内外广大技术工作者所广泛研究的重要课题之一。
本文主要阐述了煤层注水、高压喷雾降尘、除尘器降尘、泡沫降尘等减降尘技术及其在生产采面的应用。
多年来的实践表明，这些技术在有效治理生产采面粉尘危害的工作中发挥了极为重要的作用
本文作者在研究过程中主要进行了如下工作：
生产采面粉尘产生分析、生产采面减降尘理论与技术研究、煤层注水等几种最新防除尘理论在生产采面的应用等。
在借鉴前人成果的基础上对粉尘浓度较高的煤矿生产采面减降尘工作提出了几套合理的方案，使煤矿生产采面减降尘工作更加具体化。
通过本次研究力求使煤矿生产采面减降尘技术更加完善。
为生产采面作业人员提供一个良好的作业环境。
关键词：
生产采面、减降尘、煤层注水、喷雾降尘、泡沫降尘
ABSTRACT
Decreasingdustinthecoal’sminingfaceisoneofthemostimportantproblemsstudiedbymanyresearchspecialiststaff.Thisarticlefocusesonthetechnologiesofcoalinjection,usingspaytodecreasedust,usingfoamtodecreasedust,usingdustcollectortodecreasedustusingindecreasingdustinundergroundtunnelingface.Thepracticesshowthatthesetechnologiesareveryeffectivewhentheyareusedinminingface.
Accordingtorequirementsofthesubject,theauthormaketheseworksinthistopic:
analysistheproducingofthedustintheundergroundtunnelingface,studythetechnologiesantheorywhichisusedindecreasingthedustintheundergroundtunnelingface.Basedontheachievementofpredecessors,putforwardsomeprogramsfortheworkdecreasingdustintheundergroundminingfacewheretheconcentrationofmineraldustmineraldustishigh.Madetheworkofdecreasingdustmoreclearlyandconcretely,Ihopethisstudycanmadethetechnologiesmoreperfectly,provideagoodenvironmentfortheworkersintheundergroundtunnelingface
Keywords:
undergroundminingface,decreasedust,Coalinjection,Usingspaytodecreasedust,Usingfoamtodecreasedust
1绪论
在生产矿井粉尘防治的工作中，减降尘技术是关键。
本章主要介绍了国内基本的减降尘技术发展状况，本论文研究的目的和意义。
1.1生产采面粉尘防治技术国内外发展状况
1.1.1国内生产采面粉尘防治现状
1965年抚顺煤炭科学研究院、北票矿务局采用煤层注水防治煤尘，先后进行了石门煤层注水、巷道煤层注水、区域煤层注水的试验研究，历时十年。
于1976年进行了全面总结，并自行研制了胶塞封孔器进行封孔和用水泥封孔方法进行封孔，至今仍在我国煤层注水中应用。
通过试验，研究了注水时的注水压力、注水流量、单孔注水时间及总流量对煤尘浓度的影响，并得出了注水后如不能达到使煤层均匀湿润反而更有利于发生突出的结论，经鉴定认为研究是成功的。
但以后并未在我国煤矿中推广用煤层注水方法防治煤尘[8]。
1985年，赣州有色金属研究所的邝炎研制的一种高效除尘剂—CHJ—1湿润剂。
它无毒无味、不腐蚀、不污染环境、价格低廉。
以1／2000的浓度加入水中，能使表面张力从每厘米72达因降至31达因左右。
在现场进行试验，在采煤工作面进行试验，结果除尘效率比清水提高40%~60%[15]。
1994年，大同矿务局科研所的石俊文研究了SR-1型固体湿润剂除尘，该湿润剂采用了阴离子表面活性剂及相应的助剂复配，挤压成型。
具有一定的溶解度和溶解速度。
与添加装置配套使用，利用冲刷式原理，可连续定量地将药剂配入水中。
该降尘方法效果明显，可以应用于机采工作面。
并且该湿润剂有效成分高、便于运输、实用性强[17]。
1997年，煤炭科学院总院重庆分院的严昌炽、陈治中、李德文通过对煤矿机采工作面通风除尘技术的研究和试验提出了机掘工作面通风除尘的技术途径。
通过现场的实际应用表明，该技术除尘效果良好、极大地改善了机采工作面的劳动卫生条件[18]。
2009年，煤炭科学院总院太原研究院国茂普通过对综采工作面通风除尘系统的研究和试验，提出了采用长压短抽通风除尘的技术途径进行了除尘系统配套参数、控制技术及控制装置。
通过现场实际应用证明、该技术除尘效果好、可改善综采工作面的工作环境实现降尘提效[16]。
1.1.2国外生产采面粉尘防治现状
波兰从1950年开始试用煤层注水，到1963年己有75%的工作面采用了煤层注水。
目前，几乎索有的矿井都采用了煤层注水。
注水压力1630个大气压，水中加入硫酸铜溶液，孔深2~4m，封孔深1m，注水时间2~15分钟。
这种方法能有效的降低粉尘浓度[8]。
英国西南产煤区1961年开始使用煤层长钻孔注水的方法，发现注水压力达到350kg/cm方能克服煤层的原始阻力。
高压注水压力为420kg/cm2，注水后生产采面的降尘效果比较理想[8]。
前苏联煤矿曾对采煤机的高压喷雾装置进行了工业性试验。
高压喷雾装置的主要参数如下：
喷嘴口水压8~10MPa，水雾粒度30~50μmKO~CBO型采煤机喷雾装置包括吸水管过滤器，两台水泵和自动控制阀。
对喷雾装置试验和测定的结果为：
在采煤机司机工作地点，不用喷雾装置时，空气中含尘量为2100~3400mg/m3，采煤机后10~15m处的空气含尘量达2400~10300mg/m3，使用喷雾装置后，司机工作地点的空气含尘量510~1000mg/m3，采煤机后的空气含尘量降尘至510~4400mg/m3[10]。
国外一些主要产煤国家还都在煤矿井下广泛采用除尘器除。
美国使用了除尘风机、湿式纤维除尘器、小旋风除尘器等设备；英国在掘进巷道及掘进机上使用了湿式洗涤除尘器和湿式过滤除尘器;前苏联在掘进机、采煤机或急倾斜煤层、回风巷等处使用了湿式旋流除尘器和吸尘泵;德国在破碎机处、转载点、掘进机上使用了干式布袋除尘器。
从实际应用来看，国外的除尘设备一般体积大、较笨重，但除尘效率高、消音效果好、处理污染风量大。
泡沫除尘自50年代问世以来，在一些主要产煤国家如美国、前苏联、波兰等在生产中得到广泛的应用，并已研究出定型的符合安全卫生和使用要求的廉价发泡剂。
还根据不同的尘源性质，研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备[20]。
以上技术有效地实现了生产采面粉尘防治，为井下作业工人提供了不错的工作条件。
但是，对于矿井中矿尘浓度最高的生产采面这些技术还是不够的。
必须通过对煤矿生产采面产生粉尘的各环节进行分析总结，及时完善防尘控制技术措施，才能有效地解决了生产采面存在的产尘量大、粉尘质量浓度高以及职工作业环境差的难题，进一步促进了矿井安全生产和保障职工生命健康。
1.2本课题的目的与意义
毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。
毕业论文旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神。
这次毕业论文研究的课题是煤矿生产采面粉尘防治技术。
这是这是一个非常实际的课题。
煤矿粉尘对煤矿的安全生产以及煤矿工人的生命健康有着重要的影响。
提高煤矿防除尘技术，防止煤尘事故发生是社会一直关注的问题。
因此，这次写论文应该多方面查询资料，了解多方面信息，争取把自己的论文做到一定深度。
通过这次整理论文，进一步认识到现阶段煤矿粉尘防治的现状。
知道目前取得的成果。
调查目前尚且存在的问题与隐患。
其次，加深学习煤矿粉尘防治的基本技术。
煤矿生产建设到现在已经有了一套自己的煤尘防治技术。
这些技术都是煤矿工人实践中得来的，非常实用。
对于新技术的研究也要基于这些基本技术。
再次就是深入了解除尘设备的原理。
科技的发展与进步是煤矿的防尘设施更加先进，了解这些除尘设施可以掌握现代防尘技术。
最后就是研究采掘工作面的防尘措施。
采掘工作面是整个矿井粉尘浓度最高的地方，也是工最多的地方，降低该处的粉尘浓度使矿井防尘最重要一环。
本问就是基于目前防尘措施基础，研究治理采掘工作面粉尘防治的新技术。
煤矿资源的开采与利用在满足国民经济快速发展对煤矿资源需求的同时，由于粉尘的危害使从业人员付出的健康甚至生命的代价已成为人们关注的焦点，据统计我国平均每年新增职业病患者1.5万人左右，而煤尘爆炸事故也是不断发生。
这些都严重影响和制约着矿山企业的健康发展。
所以煤矿作业场所进行粉尘的监测与防治，对于从源头上控制职业病和粉尘爆炸事故的发生，确保从业人员的健康与安全尤为重要。
1.3本文研究的主要内容与关键问题
生产采面是矿井粉尘浓度最高的地方，而生产采面又是井下作业人员比较密集的地方。
因此，生产采面减降尘是煤矿防尘的重要环节。
本课题主要内容：
1）生产采面减尘
在工作面开掘前实行减尘措施是防尘的一种有效手段。
这样可以把粉尘治理工作的关口前移，为煤矿正常生产提供了一定保障。
文章主要讲了煤层注水这一措施。
煤层注水是在煤巷采煤作业时在采煤前打若干钻孔，通过钻空注入压力水，使其沿着每层的层理、节理和裂隙向四周扩散，渗入煤的孔隙中，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，并降低煤的强度和脆性，以减少采煤时浮游粉尘的产生量。
同时渗透到煤体裂隙内的水分，还可以将原生细尘粘结为较大的尘粒，使煤尘失去飞扬能力。
2）生产采面降尘
采煤作业时，产生矿尘在所难免。
因此，采取合理的减降尘措施，降低工作面的粉尘浓度保证井下作业人员有一个良好的作业环境势在必行。
本课题主要讲述了喷雾降尘、泡沫除尘、湿式除尘器除尘三种措施。
（1）喷雾降尘该技术主要利用浮游于空气中粉尘的惯性作用凝聚作用而降尘。
比如直径D雾滴以一定速度进入含尘空气，并占据一定空间，含尘风流通过水雾滴时，风流围绕雾滴运动。
但尘粒比较大，因惯性作用而保持其运动方向，因而与水滴碰撞并粘附于水滴上，被雾滴捕获，起到了降尘作用。
（2）泡沫降尘该技术是利用封闭空隙的泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘迅速得到润湿和沉积。
其除尘过程是利用表面活性物质发泡剂与水混合后，用发泡装置射向尘源。
以此降低粉尘。
（3）除尘器降尘该设备主要利用了矿尘粒子的重力、离心力、扩散粘附力等作用力使粉尘分离出来，从而实现净化处理。
本文主要解决的问题有：
1）结构复杂的薄煤层落煤工序时，由于采用打眼落煤容易产生高浓度煤尘。
因此，应采用合理的减尘措施。
2）机采工作面减降尘
（1）截割煤体时，截齿刀尖前面的煤被压实而成压固核，当接触应力增加到极限之时，压固核被压碎产生煤尘。
（2）大块煤采落后，被截齿进行截割产生煤尘。
（3）被割下和被滚筒抛出的煤，在其弹性恢复时沿裂缝继续分离成更小煤块，同时产生煤尘。
3）炮采工作面减降尘
放炮工序是产尘浓度最高的工序之一。
2生产采面粉尘综述
2.1生产采面粉尘的产生
2.1.1炮采工作面
1）钻眼工序
风动凿岩机或煤电钻钻眼是炮采工作面持续时间最长、产尘量很高的的工序。
干式钻眼的产尘量约占炮采工作面总产量的80%~90%，湿式钻眼占40%~60%。
干式钻眼，炮采工作面的粉尘浓度每平方米可达上千毫克。
由此可见，钻眼工序的防尘工作是炮采工作面防尘极为重要的工序
2）爆破工序
炮采工作面，爆破工序所用的时间虽比较短，但粉尘浓度比其他工序要高。
3）装岩工序
采用爆破采煤的工作面装载时，由于铲斗与矿石摩擦、碰撞，也会产生大量粉尘。
2.1.2机采工作面
由于机械化生产采面是大功率采煤机强力采割煤、岩，其产尘量就特别大。
由采样测得不采用综合防尘措施时，机采工作面的粉尘浓度为2000~3000mg/m3，个别高达6000mg/m3左右。
可以看出，机采工作面防尘使矿井极为重要的一环。
机采工作面产尘的主要环节有采煤机截割头强力截割煤岩、煤岩下落或顶板局部冒落、装运或运载煤岩、机器搬运和淸帮支护，以及通风吹扬起来的粉尘等。
2.1.3锚喷支护工作
锚喷支护的方法按输送混凝土混合料的方式可分为干喷法和湿喷法两种。
干喷法是采用压气输送混凝土混合料，并且在喷头处需再次加水与料混合后才喷向井巷表面；湿喷法是采用机械或机械与压气联合输送经过加水湿润的混凝土混合料，可直接喷料支护巷道。
干喷法的产尘环节多，但这种喷射方法所使用的喷射体积小、质量轻、移动方便，设备投资少，湿喷法产尘量少，但它所需的设备多，占地大，移动不方便，投资多，现煤矿使用较少，随着锚喷支护的普遍应用，尘害问题越来越突出，其产尘来源主要有提下几个方面。
1）打锚杆眼
井巷锚喷支护的锚杆眼，多数与顶板或行帮成一定角度布置。
打锚杆眼，多数与顶板或行帮成一定角度布置。
打锚杆眼产尘量多，粉尘易于飞扬扩散，难以控制。
单台风钻打立眼的粉尘浓度有时可达1000mg/m3。
若采用干式打锚杆眼时，其粉尘浓度会更高。
2）转运、拌料和上料
锚喷支护，这种方法在施工中，混凝土混合料要进行人工搬运，其装卸、拌料和上料时均会不同程度地产生大量粉尘。
作业场所的粉尘浓度有时可高达1000mg/m3左右。
3）喷射混凝土
在锚喷支护中，喷射混凝土工序产生的粉尘较多，尤其是干式喷射最重。
一般情况下，干式喷射法产生的粉尘量为湿式喷射法产尘量的6倍。
其原因，干喷法的混合料一般都是在喷头内与水混合，混合的时间极短，只有1/30~1/20s，部分混合料还未被充分湿润就从喷头喷出，产尘量大。
另外喷射的速度高达80~100m/s，喷到巷道壁会产生冲击，形成大量回弹，产生大量粉尘。
3）喷射机自身
矿井使用的喷浆机，由于胶板磨损（使用不当或更换不及时）形成沟槽、间隙，造成漏气产尘，以及排废气空带出粉尘。
2.2煤尘防治措施分类
2.2.1综合防尘措施
在矿井生产采面各生产工序都产生粉尘，这些粉尘随风流飞扬于作业空间。
对于这些尘源必须采用有效地综合防尘措施，针对每一道生产工序和环节的尘源，应采取一项和多项措施，达到减少粉尘的产生量、降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘的目的。
按照矿井实施的防尘技术，可将防尘措施分为五类。
1）减少粉尘产生的措施
减少粉尘产生的措施：
①减少生产过程中粉尘产生量，即从降低吨煤产尘量或单位时间产尘量入手，降低含尘风流种的粉尘浓度。
例如改进采煤机械截齿及分布状态，选用产尘量最小的最佳截割参数，在可能的条件下减少炮眼数量及炸药用量等。
②预先或在生产过程中采取某种抑制浮游粉尘产生的措施（简称抑尘措施）。
例如采取煤层注水或采空区灌水，预先润湿煤体，湿式钻眼，炮眼填塞水泡泥，放炮前后冲洗煤壁、岩帮、出煤、岩洒水等措施。
2）降尘措施
降尘措施：
①采用喷雾方法将悬浮与风流中的粉尘降下来，②采用喷射泡沫方法将刚产生的浮游粉尘捕捉下来。
3）排尘措施
排尘措施是采用通风方法把悬浮于风流中的粉尘排出作业场所，或增大风量使作业场所的粉尘浓度得以稀释或降低的措施。
例如改善通风方式、方法和采用最佳排尘风速等。
4）除尘措施
除尘措施是利用除尘器把风流中所含的粉尘捕集下来加以清楚，使风流得到净化的措施。
例如机采工作面或锚喷、干钻眼及转载点等处采用的湿式或干式除尘器（捕集器）除尘等。
5）个体防尘措施
个体防尘措施是利用个人防尘工具把呼吸空气中粉尘过滤下来，使工人吸入净化了的空气，或者采取由作业场所外部输送的清洁压风供工人呼吸。
例如佩戴防尘口罩、防尘面罩、防尘帽或压气呼吸器等。
2.2.3防止煤尘引爆的措施
防爆措施有：
一是在生产过程中防止悬浮煤尘发生爆炸的措施，二是防治沉积于巷道周壁及底板上的煤尘参与爆炸的措施。
防尘措施及防止煤尘引燃的防火措施，诸如防止炸药爆燃、电火花、摩擦火花及瓦斯爆炸等，虽然均属于防爆措施的一部分，但通常所讲的防爆措施，主要针对沉积煤尘参与爆炸而采取的措施。
主要有：
清扫沉积煤尘、冲洗沉积煤尘，撒布岩粉或颗粒状氯化钙及食盐、覆盖或固结沉积煤尘、巷道刷将等措施。
2.2.4隔爆措施
隔爆措施是为把已经发生的煤尘爆炸限制在尽可能小的范围内，不让爆炸继续传播下去，以避免酿成更大区域的爆炸灾害所采取的措施。
其主要方法有两种：
一是采取被动式隔爆方法，如在巷道中设置岩粉棚或水棚等，二是采取自动式隔爆方法，如在巷道中设置自动隔爆装置等。
3生产采面减尘理论与技术
3.1湿式钻眼的原理与技术
风动凿岩机或电煤钻是炮采工作面持续时间最长、产尘率最高的工序。
钻眼工序的防尘是炮采防尘中极为重要的工序。
3.1.1湿式钻眼的原理
在炮采工作面进行钻眼工序时，采用湿式钻眼设备。
这样当钻眼设备与煤体接触摩擦时，煤体得到了润湿。
浮游粉尘的产生量便会减少。
3.1.2湿式钻眼技术
1）风钻式湿式钻眼
（1）供水方式及降尘效果
使用风钻进行湿式钻眼，是国内外炮采作业有效的基本防尘方法。
据调查，我国目前约有60%以上的岩巷炮采工作面采用了湿式凿岩。
这种方法是在钻眼过程中，将压力水通过风动凿岩机送入孔底，润湿并冲洗炮眼中的粉尘，使其在炮眼中变成尘浆流出炮眼。
湿式凿岩用得好的矿井，工作面粉尘浓度可由干钻眼的500~1400mg/m3降至4~10mg/m3，降尘率可达90%以上。
湿式凿岩按其供水方式的不同可分为如下两种：
①中心式供水。
中心式供水是在钻机中心装有水针，水针前端插入尾部的中心孔，后端与弯头及供水管连接；凿岩时，打开水阀，压力水经水钎进入炮眼底，润湿和冲洗粉尘。
中心供水的降尘效果与供水量有关，供水量越大，降尘效果好，供水量小，降尘效果差。
一般认为，供水量>4L/min较为合适。
中心供水的水压要低于风压98~147kPa。
如果水压过高，水会进入机膛，冲洗润滑油，使凿岩机运转不正常，降底了凿岩速度。
②侧式供水。
测试供水风钻的结构是钎子尾部装有一个接水的离合器装置，如图3—1所示，侧式供水风钻，钻眼时供给的压力水不是经过水针，而是在钻机头部通过离合器，并由其内腔经过配水胶皮圈，再经钎尾上的一个小孔进入签子中心孔，然后经钎子头的出水孔到达炮眼底部，使岩尘湿润。
由于压力水是从机头旁直接供给，避免了冲孔水倒灌机膛和充气现象的发生，改善了对细粉尘的捕获，能进一步降低作业场所的粉尘浓度和提高纯凿岩速度。
侧式供水的水压比中心式供水的水压高，一般控制在294~392kPa范围内较为适宜，如果太高，会发生因密闭封圈和钎杆一同转动而漏水现象。
图3.1侧式供水风钻与离合器组装示意图
1—风钻前部2—水套3—胶皮圈4—钻杆5—钎托
（2）湿式钻眼设备
我国煤矿目前广泛应用的定型湿式钻眼设备，见表3-1[1]。
名称
气腿式钻眼机
冲击旋转支腿式电动钻眼机
旋转式岩石电钻
型号
7655
YT-26
YTP-26
YD-2
YDX40A
钻研深度/m
5
5
5
5
4
5
钻孔直径/mm
34~38
3~438
3~442
36~45
3~443
40
钎尾规格（六角对边×长）/mm
22×108
22×108
22×108
22×108
22或25
表3-1湿式钻眼设备
2）煤电钻湿式钻眼
在含有夹矸的煤层中中，采用湿式煤电钻钻眼，能获得良好的降尘效果。
工作面的粉尘浓度能有电煤钻干钻眼时的53.2~140mg/m3降至9~18mg/m3。
降尘效率可达75%~90%。
3.2煤层注水的原理与技术
3.2.1煤层注水防尘的原理与影响因素
1）煤层注水防尘原理
煤层注水是在回采前预先在煤层打若干钻孔，通过注入压力水，使其沿着煤层的层理、节理和裂隙向四周扩散，渗入煤的孔隙中增加煤的水分和尘粒间的粘着力，并使煤体塑性增强、脆性减弱，当煤体受外力作用时,许多脆性破碎变为塑性形变，大大减少煤体破碎为尘粒的可能性。
同时渗到煤体裂隙内的水分，还可以将原生细尘粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力。
2）影响煤层注水难易程度的因素
煤层注水过程中，水沿着煤体的裂隙及孔隙渗透于媒体的内部，并储存于裂隙与孔隙中，水在煤层中运动的动力是注水压力、煤体自身的毛细血管及水的自重力，阻碍
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