煤矿粉尘的控制技术最新版Word文件下载.docx

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根据工作场所空气中煤尘游离二氧化硅含量的不同，煤矿粉尘浓度的职业接触限制值也不相同。

对矽尘含量小于10%的煤尘，总尘的时间加权平均容许浓度为4mg/m3，短时间接触容许浓度为6mg/m3；

呼吸性粉尘时间加权平均容许浓度为5mg/m3，短时间接触容许浓度为3.5mg/m3，这是煤矿作业面粉尘浓度的最低要求。

上述时间加权平均容许浓度（PC-TWA）是指以时间为权数规定的8h工作班的平均容许接触水平，长期反复接触该粉尘浓度几乎所有工人不发生有害健康效应。

短时间接触容许浓度（PC-STEL）指一个工作日内，任何一次接触不得超过（以15min时间加权平均浓度表示）的容许接触水平，短时间接触容许浓度不是一个独立的接触限值，而是时间加权平均容许浓度限值的一种补充。

　　1.1防尘措施

　　在矿井采、掘、运系统的各生产工序中都产生粉尘，这些粉尘随风流飞扬于作业空间和巷道中。

对这些尘源必须采取有效的综合防尘措施，即针对每一道生产工序和环节的尘源采取一项和多项防治措施，以减少粉尘的产生量，降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘。

　　防尘措施主要是减少采掘作业时的粉尘发生量，是矿井尘害防治工作中最为积极有效的技术措施。

防尘措施主要包括：

改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水泡泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如采空区或巷道灌水、煤层注水）等。

防尘措施是以预防为主的治本性措施，应在作业之前考虑优先采用。

按照矿井的防尘技术，可将防尘措施分为以下几类：

　　1.湿式作业方式包括湿式打眼、湿式凿岩、水泡泥爆破、预湿煤体等。

　　1）湿式打眼就是在打眼工作中，将压力水通过凿岩机或煤电钻送入钻孔并充满孔底，以湿润、冲洗炮眼中的粉尘，使其变成尘浆流出炮眼。

　　2）湿式凿岩是利用风钻进行湿式凿岩，是国内外岩巷掘进行之有效的基本防尘方法。

湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。

近年来，很多很多矿井对煤电钻进行了改革，试制成功了湿式煤电钻，已广泛应用于煤巷、半煤岩巷以及一些采煤工作面。

湿式煤电钻具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面的煤尘。

　　3）水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂，在高温高压爆破波的作用下，大部分水被汽化，然后重新凝结成极细的雾滴，并与同时产生的粉尘相接触，形成雾滴的凝结核或被雾滴所湿润而起到防尘作用。

水泡泥中若添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高降尘效率。

此外，德国等西方国家已开始应用化学材料代替水泡泥中的水，这些材料大多具有较好的膨胀性能，爆炸时的封堵效果和降尘效果更好。

　　4）预湿煤体防尘预湿煤体防尘主要是采用煤层注水的方法，即预先用水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体得到预先湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力。

多年的防尘实践已证明，采煤工作面实施煤层注水是取得最佳防尘效果的根本措施。

影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和空隙的状态，以及与其有关的其他因素。

煤层的透水性能与煤的裂隙发育程度、裂隙宽度及裂隙方向有密切关系。

煤层的多孔程度用孔隙率来表示，即孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。

烟煤的透水性系数随孔隙率的增大而增大。

对褐煤来说，虽然孔隙率高，但透水性系数却趋于零，因此，开采时常常不能注水。

煤属于疏水性物质，与水不甚亲和。

如果在水中添加湿润剂（表面活性剂），水的表面张力就会降低，从而提高对煤层的湿润能力及渗透系数。

　　煤层注水方式及其选择要按照注水钻孔的形式，煤层注水方式有长孔、短孔和深孔三种，各自的钻孔地点、钻孔长度及特点如表4所示；

按照注水方式又可分为静压注水和动压注水；

按作用于注水钻孔孔口的水压大小分为三类：

低压注水（Ps＜5MPa~3.0MPa），中压注水（Ps＝3.0MPa~15.0MPa），高压注水（Ps＞10.0MPa~15.0MPa）。

我国煤矿通常采用长钻孔、中压或低压注水方法，其优点是采煤和注水作业互不干扰，注水时间可按需要增加，一次湿润范围大而均匀。

　　表4煤层注水方式种类

　　注水方式钻孔地点钻孔长度特点

　　长钻孔注水工作面回风或运输巷道＞30m在原始应力区的煤层中注水

　　短孔注水工作面＜6m在降低应力区的煤层注水，裂隙发育，透水性强，注水压力低

　　深孔注水工作面6m~20m在升高应力区的煤层中注水，裂隙不发育，透水性弱，注水压力高

　　5）采空区注水采空区灌水预先湿润煤体防尘，是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中，将水灌入上一分层的采空区内，水在自重及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢深入下一分层的煤体中，使煤体得到湿润，减少下层开采时浮游粉尘的产生量。

　　改进采掘机械结构和运行的减尘措施研究表明，截齿越宽，压固核越小，产尘量也越低。

因此，从防尘角度出发，选择合理的截齿几何形状，可以减小采掘时的压固核。

目前效果较好的是镐形刀刃的粗截齿。

采掘作业时，一般截深越大，采落的矿岩块块度越大，固压核越小，产尘量也越小。

截深主要取决于采掘机上的截齿数目，适当减少截齿数，可达到降尘的目的。

此外，当采煤机的滚筒转速与牵引速度适当匹配时，也可降低粉尘的生成量。

对于摩擦与碾压、冲击与振动产尘，可通过定期更换截齿，按照规程安装采掘机械等一般性措施加以缓解。

　　3.干式凿岩捕尘一般在缺水矿井使用，可分为两种：

一种是干式孔底捕尘，经过钎杆中心孔、风钻机头和连在机头上的输尘软管，将炮眼内的粉尘抽到干式孔底中去；

另一种是孔口干式捕尘，通过炮眼口的捕尘塞和连在捕尘塞上的抽尘管，把炮眼内的粉尘抽到一个滤尘袋中去，过滤后的干净空气回到巷道内。

　　4.个体防护煤矿矿井各生产环节尽管采取了多项防尘措施，但也难以使各作业地点粉尘浓度达到卫生标准。

此种情况下，特别是在强产尘源和个别不宜安装防尘设备条件下作业的人员，必须佩戴个体防尘用具。

在煤矿经常使用的个体防尘用具主要有：

自吸过滤式防尘口罩；

动力送风过滤式个体防尘用具；

隔绝式压风呼吸器。

　　1.2除尘降尘措施

　　除尘降尘措施是矿井综合控制粉尘的重要环节，现行的除尘降尘措施主要包括各产尘点的喷雾洒水，如采煤机上内外喷雾、放炮喷雾、支架喷雾、装岩洒水及巷道净化水幕等。

这些除尘降尘措施为该粉尘监控系统粉尘浓度超出限制范围所实施的处理措施提供了依据。

　　1.湿式除尘技术湿式除尘技术是井下矿山应用最普遍的一种方法。

一般作业场所的相对湿度达到65%以上就可以大大降低粉尘的浓度。

水能湿润粉尘，增加粉尘重力，并将细散的尘粒聚合为较大的尘粒，使浮沉加速沉降，落尘不易飞扬。

湿式除尘方法设备简单，使用方便，应用与维护费用低，降尘效果明显。

缺点是增加工作场所的湿度，恶化工作环境和可能影响煤炭的质量。

　　喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（喷嘴）在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水滴在空气中。

喷雾洒水的捕尘效果取决于雾体的分散度以及尘粒与水滴的相对速度。

粗分散度雾体水滴大，水的数量少，尘粒与水滴相遇时，会因旋流而从水滴边缘绕过，不被捕获。

过高分散度的雾体，水滴十分细小，容易汽化，捕尘效率也不高。

一般水滴的直径在10μm~15μm时，捕尘效果最好。

水滴与尘粒的相对速度越大，二者碰撞时的动能也越大，有利于冲破水的表面张力而将尘粒捕获。

水质与粉尘的性质也影响喷雾降尘效果。

若水的纯净度差，将使水的黏性增加，分散水滴粒度加大，降低捕尘效率。

疏水性粉尘与水滴碰撞时，能产生反弹现象，即使碰撞也难以将其湿润捕获。

尘粒表面吸附空气形成气膜或覆盖油层时，也难被水湿润。

密度大的尘粒相对易于被水捕获。

喷雾洒水除尘简单方便，被广泛用于采掘机械切割、爆破、装载、运输等生产过程中，缺点是对微细尘粒捕集效率低。

雾体的分散度、作用范围和水滴运动速度，取决于喷雾器的构造、水压和安装位置。

应根据不同生产过程中产生的粉尘分散度选用合适的喷雾器，得到较好的除尘效果。

我国矿山井下常用的喷雾器，按其动力可分为水力和风水联动（引射式）两类。

　　物理化学降尘技术我国是从20世纪80年代开始试验并推广应用降尘剂等物理化学降尘技术的，目前已经井下进行实验与应用的物理防尘方法主要有：

水中添加降尘剂降尘，泡沫除尘，磁化水降尘及黏尘剂降尘等。

　　3.添加降尘剂降尘水中添加降尘剂是在水力除尘的基础上发展起来的一种降尘技术。

通常情况下，水的表面张力较高，微细粉尘不易被水迅速有效地湿润，因而降尘效果不佳。

但不可否认的是，水力除尘方法是迄今为止最简便、最易推广的方法之一。

水中添加降尘剂后，则可大大增加水溶液对粉尘的浸润性，即粉尘粒子原有的固－气界面被固－液界面所代替，使液体对粉尘的浸润程度大大提高，从而提高降尘效率。

除尘剂的选择方法应能满足无毒、无臭，能完全溶于矿井防尘用水中，低温时不发生结冰现象，无沉淀或盐析现象，对金属无腐蚀，不延燃，成本低，运输方便等。

一般低于降尘剂临界浓度时，水的表面张力降低幅度与降尘剂浓度呈急剧下降趋势，但超过此临界后则趋于稳定。

目前我国降尘剂的添加方法主要有：

定量汞添加法、添加调配器、负压引射器添加法、喷射汞添加器及孔板减压调节器五种添加方法。

其中负压引射器添加法原理为：

降尘器溶液被负压引射器所造成的负压吸入，并与水混合添加于供水管路中。

添加浓度由吸液管上的调节阀控制。

由于这种方法成本低，定量准确，被广泛用于各矿井中。

　　4.泡沫除尘泡沫除尘是用无空隙的泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘得以湿润、沉积、失去飞扬能力的除尘方法。

泡沫除尘几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，特别是对于细微粉尘具有很强的聚集能力。

泡沫除尘的特点主要有：

泡沫除尘与喷雾洒水相比，可减少耗水量33%~60%；

除尘效率可达90%~98%，比一般的喷雾洒水降尘率提高33%~50%；

可将胶带输送机胶带重载侧的产尘量减少约98%；

如用于胶带运输机转载点除尘，当风流和胶带的相对运动速度为7m/s时，泡沫能稳定的依附在胶带的煤和煤尘表面。

　　5.磁化水除尘磁化水是经过磁水器处理过的水，磁化处理后，水的表面张力、吸附、溶解渗透能力增加，水珠变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，提高降尘率。

磁化水降尘的优越性主要有：

设备简单，安装方便，性能可靠；

成本低，易于实施，一次投入长期有效；

降尘效率高于其他物理化学方法。

　　6.黏尘剂抑尘目前使用的黏尘剂大多为吸湿性盐类，其作用原理是：

通过无机盐（如氯化钙或氯化镁）不断地吸收空气中的水分，使沉积于黏尘剂的粉尘始终处于湿润状态，同时由于在黏尘剂中添加有表面活性物质，所以比普通的水更容易湿润矿井粉尘。

黏尘剂可以持续黏结由井下空气带来的不断沉积于巷帮与底板的粉尘。

　　7.矿井通风排尘矿井通风排尘是指借助风流稀释与排出矿井空气中的粉尘。

矿井内各个产尘点在采取了其他防尘措施后，仍会有一定量的粉尘进入矿井空气中，其中绝大部分是小于10μm的微细粉尘，如果不及时通风稀释与排出，将由于粉尘的不断积累而造成矿进内空气严重污染，危害矿工的身心健康。

最优排尘风速在一般干燥的巷道中为1.5m/s~4m/s，它也受到一些因素的影响，如工作区有扰动，促使粉尘飞扬，则最优排尘风速值要降低。

在潮湿巷道，粉尘不易被吹扬起来，在较高的风速范围（5m/s~6m/s以下），稀释作用为主，粉尘浓度随风速的增加而下降。

　　一般不依靠矿井主要通风机进行的有效通风均称为局部通风。

目前采用较多的是局部通风机排尘方式，对降低掘进时的粉尘浓度起了重要作用。

局部通风排尘方法可分为总风压通风、扩散通风、引射器通风及局部通风等四种方法。

　　1.3预防煤尘爆炸及限制爆炸扩大范围的措施

　　煤矿的爆炸事故极大地威胁工人的生命，是煤矿最大的安全和问题。

按照爆炸事故特征，煤矿粉尘爆炸事故可以分成两类，即单一煤尘爆炸事故和瓦斯煤尘爆炸事故。

单一煤尘爆炸事故是指在没有瓦斯参与的情况下，由于矿井粉尘浓度处于爆炸极限浓度区间内，在外界火源激发下，发生爆炸事故。

瓦斯煤尘爆炸事故，一般是矿井首先发生瓦斯爆炸，爆炸冲击波引起巷道四壁的沉积粉尘，形成“粉尘云”，其浓度处于爆炸极限范围内，在瓦斯爆炸气流的高温高压作用下，煤尘被强制点燃爆炸。

瓦斯煤尘混合爆炸事故一般是瓦斯爆炸事故的爆炸波和爆风扬起沉积在地面的煤尘，发生二次爆炸甚至多次爆炸，事故经常是灾难性的。

　　减少沉积煤尘量和及时将其清除出井是简单有效的防爆措施。

积极采用煤层注水、湿式作业、转载喷雾、通风除尘等综合防尘技术防止和减少煤尘的产生和飞扬，也是防止煤尘爆炸最根本的措施。

此外，杜绝能引起煤尘云着火或爆炸的着火源是防治煤尘爆炸的另一类重要措施，要防止放炮火源，防止摩擦和撞击点火。

　　煤矿自然条件十分复杂，发生煤尘爆炸的随机性很大，出了上述一般性安全技术措施外，各国针对煤尘爆炸的特点研究了煤尘爆炸的专门技术。

其中，使用时间最长、应用面广、简单易行的预防措施是撒布岩粉法。

撒布岩粉是定期向巷道周边撒布惰性岩粉，用它将巷道周边上的沉积煤尘覆盖住。

采煤作业是连续的，煤尘的产生、飞扬与沉积也断断续续，当第一次撒布岩粉后，煤尘便不断地在岩粉层上沉积，若不增加岩粉量，其保护带将失败。

所以，一定时间后要再次撒布岩粉，以维持混合粉尘中不燃物含量的正常比例。

一般应按照撒布地点的沉积煤尘浓度和煤尘爆炸下限浓度来确定岩粉的撒布周期。

　　限制煤尘爆炸扩大灾害范围的措施又称隔爆措施。

瓦斯煤尘爆炸具有连续性，且越发展破坏力越大的特点，为避免造成全矿井被毁的恶性事故，必须人为地把瓦斯或煤尘爆炸扑灭在爆源附近或限制在一定范围内。

因此防止灾害扩大的措施集中在两个方面，即分区管理和设置阻爆装置。

　　1.分区通风对井下各工作区域实行分区通风，每一生产水平、每一采区都必须布置单独的回风道，严格禁止各水平采区之间的串联通风，尽量避免采区之间角联风路的存在。

采区内回采工作面和掘进工作面应采用独立的通风线路，防止互相影响。

矿井主要进、回风道之间的联络巷必须构筑永久性挡风墙，需要使用的必须安设正反向两道风门。

装有主要通风机的出风口应安装防爆门。

在开采有煤尘爆炸危险的矿井两翼、相邻采区、相邻煤层和相邻工作面时，应安设岩粉棚或水棚隔开。

在所有运输巷道和回风巷中必须撒布岩粉，防止爆炸传播。

　　煤尘爆炸的阻爆隔爆技术煤尘爆炸的阻爆隔爆技术主要包括被动式隔绝煤尘爆炸传播技术和自动式隔爆措施。

　　1）被动式隔绝煤尘爆炸传播技术目前使用最广泛的隔绝煤尘爆炸措施是被动式隔爆棚，它分为被动式水棚和岩粉棚。

当发生瓦斯煤尘爆炸时，由超前于爆炸火焰传播的冲击波超压的作用，将隔爆棚击碎或爆风掀翻，使棚架上或槽子内的抑制剂（岩粉或水）飞散开来，在巷道中形成一个高浓度的岩粉云或水雾带，使滞后于爆风的爆炸火焰到达棚区时被扑灭，从而阻止爆炸继续向前传播。

按隔爆棚的保护范围又可分为主要隔爆棚和辅助隔爆棚两类。

岩粉棚是由安装在巷道中靠近顶板处的若干块岩粉台班组成，台板的间距稍大于板宽，每块台板上放置一定数量的惰性岩粉。

当煤尘爆炸事故发生时，火焰前的冲击波将台班震倒，岩粉即弥漫于巷道中，火焰到达时，岩粉从燃烧的煤尘中吸收热量，使火焰传播速度迅速下降，直至熄灭。

被动式岩粉棚必须设置在距可能发生煤尘瓦斯爆炸地点60m~300m范围内，超出这个范围岩粉棚的可能性会降低。

　　2）自动式隔爆措施自动隔爆装置由传感器、控制器和喷洒装置组成。

其原理是在煤尘瓦斯爆炸的瞬间，煤源附近立即出现火焰，压力升高，温度急剧上升。

自动式隔爆装置就是借助于传感器，将这些物理参量的变化接受下来转换成电信号，通过控制器自动控制机构，在预定地点喷洒一定浓度的抑制剂，把刚好到达的火焰扑灭。

用于自动隔爆装置的抑制剂有三类：

液体抑制剂，粉末无机盐类抑制剂和卤代烷抑制剂。

因自动隔爆装置具有使用灵活的特点，可以把爆炸发生的初期就将爆炸限制在最小范围不让其扩展。

所以，自动隔爆装置应尽可能安装在距可能发生瓦斯煤尘爆炸地点较近的位置，在拐弯巷道和采掘机械上也可以安装使用。

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