煤矿矿井粉尘防治研究

煤矿矿井粉尘防治研究（共7篇）

煤矿矿井粉尘防治研究 篇1

祁南煤矿是一座核定生产能力达300万吨的大型煤矿, 在煤炭生产过程中, 存在顶板水害、底板水害、老空水害等多种水害威胁。在邻近矿区, 底板突水事故和老空水事故也时有发生。但祁南煤矿自投产以来, 虽然面临多种水害威胁, 由于采取了一的防治水方法, 尚无水害事故发生。本文系统总结祁南煤矿建矿以来的防治水工作经验教训, 并结合本矿区其他矿井防治水工作的先进经验, 研究一套适合于本矿井及对其他矿井亦有一定指导意义的矿井防治水工作体系。

1 水文地质与水灾类型

祁南井田位于宿南箱状向斜西翼南部的转折端, 新生界松散层覆盖于二叠系煤系地层之上, 厚度80.45m~866.70m。新生界松散层划分四个含水层 (组) 和三个隔水层 (组) 。三隔厚度大, 分布稳定, 隔水性能好, 是井田内重要的隔水层 (组) 。四含直接覆盖在二叠系煤系地层之上, 是矿井充水的主要补给水源之一。二叠系煤系地层可划分为三个含水层 (段) 和四个隔水层 (段) , 主采煤层顶、底板砂岩裂隙含水层是矿井充水的直接充水水源。太灰和奥灰均隐伏于新生界松散层之下, 灰岩埋藏较深, 径流和补给条件较差, 富水性弱~强, 差异较大。

祁南煤矿在煤炭生产过程中, 存在顶板水害、底板水害、老空水害等多种水害威胁。顶底板砂岩含水层突水次数最多, 但涌水量不大, 以静储量为主, 易于疏干。底板灰岩水虽然突水次数较少, 但同属同一水文地质单元的桃园矿发生过最大涌水量达565m3/h的太灰突水事故。因此作为高承压、富水强的底板灰岩水是开采10煤的重大威胁。老空水突水次数少, 且水量少, 对矿井安全生产威胁不大。

2 矿井水害防治的技术保障

祁南煤矿防治水的总体原则是:关键问题超前探测, 所有问题有疑必探。根据类型确定防治方案, 保证矿井安全生产。根据本矿的水文地质特征, 防治水工作要遵循从地面到井下, 从全面到异常, 先探查后防治的技术路线。

2.1 顶板水害的预防治理方法

2.1.1 留设防水、砂煤煤柱

依据实测分析, 四含水主要沿煤层浅部露头带或导水裂隙带渗入矿井, 对煤层的安全开采造成较大的威胁。根据钻孔资料和抽水试验, 查明四含水的富水性的强弱及其补给条件、基岩面起伏情况及其岩性条件, 合理留设防沙、防水煤柱。

2.1.2 探放四含水

当工作面的设计靠近防砂煤柱时, 四含水就会沿煤层浅部露头带或采空冒裂带渗入矿井, 对生产造成影响。因此, 必须布置探查钻孔, 利用探查钻孔取芯及出水情况, 查明基岩面的高度、上限煤层覆岩岩性、四含厚度及其岩性和四含的富水性、补给水源。经探查与疏放查明了工作面四含富水性相对强弱、补给条件后, 布置疏放钻孔, 同时采取有针对性的防治水和安全回采措施, 具备安全回采条件后, 才能进行回采。

2.2 底板水害的预防治理方法

2.2.1 查清条件

(1) 根据矿井勘探及生产期间施工的勘探钻孔和电法勘探资料分析, 查明煤底板至太灰顶间距、隔水层岩性组合特征、灰岩含水层富水性; (2) 统计工作面附近见二灰钻孔情况, 分析工作面周边钻孔见一、二灰时出水量、一灰至二灰厚度及厚度变化情况、一灰与二灰之间的岩性条件。

2.2.2 防治水原则

根据《煤矿防治水规定》及实施细则的要求, 10煤层工作面的防治水应达到工作面回采时, 正常开采区域突水系数小于0.06。

2.2.3 防水措施

根据附近区域的放水观测结果, 结合10煤层已开采工作面的防治水经验和附近工作面的水文地质条件, 确定按照富水低阻异常区和局部构造薄弱带打钻探查和注浆充填加固, 改造含水层为隔水层, 提高底板有效隔水层厚度及整体性和强度, 回采期间局部疏水限压开采的方法进行防治水工作。 (1) 对工作面已查明的异常区进行钻探验证, 查明隔水层厚度、岩性及1~2灰的富水性; (2) 对工作面异常区和构造薄弱带采取底板注浆加固, 充填砂岩裂隙, 提高底板隔水层的整体性及强度; (3) 注浆充填一灰、二灰, 改造含水层为隔水层; (4) 疏放降压, 合理施工放水孔, 回采期间实施疏水限压开采, 将灰岩水水位降至安全水头以下。

2.3 老空水害的预防治理方法

2.3.1 查清条件

查明积水的位置填绘在矿井充水性图和采掘工程平面图上, 标明积水区范围、最低点位置及标高、积水外缘标高及预计积水量, 积水线外推60m用红线圈出积水警戒线, 以平面图、剖面图确切反映积水区与采掘工作面的空间关系。

2.3.2 防水措施

(1) 掘进巷道接近警戒线必须先探后掘。对于积水边界清楚可靠的积水区可以掘至距实际积水边界20m处时再采取探放措施; (2) 沿空掘进或留窄煤柱掘进巷道时, 要分析上阶段老空积水情况, 若上阶段老空积水, 必须先探后掘; (3) 巷道贯通前, 必须排除对方积水、淤泥, 并有防止再积水的措施。如无法直接排除, 需要探放水时, 必须在距积水边界至少30m处停止掘进, 制定措施进行探放水; (4) 当上、下煤层间距小于下煤层回采导水裂隙带高度时, 在下煤层回采前必须打钻疏干上煤层的老空积水; (5) 老区复采工作面有积水或积水情况不清时, 必须超前20m探水。上山巷道必须双巷掘进, 每20m做联络巷, 探水孔超前距不得小于20m。

3 结论

(1) 通过对祁南煤矿的地质和水文地质条件的分析总结, 并根据祁南矿已有的突水案例, 认为祁南煤重点水害为松散层水、太灰水及老塘水等水害类型。

(2) 通过两带高度计算和“四含”水危险分区图分析, 认为“四含”水的危险区主要分布在矿井的浅部。通过突水系数计算和太灰危险区分区图分析认为:本矿井10煤开采在大部分地区受到了太灰水的威胁, 开采是不安全的, 须进行必要防治工程和措施。

(3) 祁南煤矿松散层水害的主要防治对策是留设足够的防水煤柱, 太灰水的防治对策是底板加固或疏干降压, 老塘水的防治对策是边掘边放, 有水必放。

(4) 为保证矿井安全, 建立一套适于祁南矿的防治水体系是十分必要的。防治水体系包括水害探查、水害治理等技术保障, 还包括工作制度、人员职责等管理保障。

摘要：煤矿水害防治是一个多专业、多部门的工作, 通过探讨构建一个科学、有效的综合防治水工作体系, 对于预防煤矿水害事故发生, 确保矿井安全生产至关重要。本文以祁南矿水害防治为例, 并结合本矿区其他矿井防治水工作的先进经验, 探讨了祁南煤矿矿井水害防治体系的具体模式, 对本矿和其他矿区的防治水工作具有重要的指导意义。

关键词：祁南煤矿,矿井水害,防治体系

煤矿矿井粉尘防治研究 篇2

煤矿粉尘是影响煤矿安全生产的一个重要因素。粉尘的危害主要是在对人、物、环境三个方面:职工长期吸入大量的矿尘会导致尘肺病, 此类疾病无法治愈并持续恶化;会加速机械设备的磨损, 加速了设备的损耗;粉尘的存在, 会降低作业场所和巷道的能见度, 不仅影响劳动效率, 还容易导致误操作、误判断, 造成作业人员伤亡;煤尘在一定条件下还会发生爆炸或者在瓦斯爆炸后导致二次爆炸甚至多次爆炸。因此如何建立有效的粉尘防治体系对煤矿的安全生产起着重要作用。

1 建立有效地管理闭合链

通过一系列措施制度的制定, 执行, 检查和改进来实现高效管理。制定就是制定规定、规范、标准等;执行就是按照相关规定去做, 即实施;检查就是将执行的过程或结果与规定进行对比, 总结出经验, 找出差距;改进首先是推广通过检查总结出的经验, 将经验转变为长效机制或新的规定;再次是针对检查发现的问题进行纠正, 制定纠正、预防措施。因此首先要制定一系列的措施制度, 如粉尘冲刷制度、防尘管理规定、粉尘测定制度、粉尘监测制度等等, 然后根据制度中的内容去执行, 并组织检查执行情况, 最后是根据检查情况进行改进制度, 最终形成一个闭合链。

2 防尘

防尘指的是防止粉尘的产生、降低粉尘的产生量。 (1) 采煤、掘进工作面防尘。1) 煤层注水。在采煤工作面开采之前, 预先在煤层中打若干钻孔, 通过钻孔注入一定压力的适量的水, 使其渗入煤体内部, 增加煤体的水分达到均匀湿润, 从而减少煤层开采过程中煤尘的产生量;2) 湿式打眼。在工作面使用风钻、电钻打眼时, 将压力水送入并充满孔底, 以湿润、冲洗和排出产生的煤尘, 从而达到降尘目的;3) 使用水炮泥。在封堵炮眼时, 使用水炮泥, 炸药爆炸时水炮泥的水便形成雾状分布在空气中, 可起到降尘、降温和吸收有毒有害气体的作用; (2) 运输防尘。安装水幕。在煤炭运输的转载点 (皮带运输机的转载点、耙装机装载点等) 安设防尘水幕。通过水幕对煤炭进行湿润, 进而达到防尘的目的。

3 降尘

降尘指的是粉尘产生后怎么把粉尘浓度降低。 (1) 采煤、掘进工作面降尘。1) 安装随机喷雾。采煤机、综掘机、耙装机等要有相应喷雾, 在其工作时, 内外喷雾应该同时开启, 增加空气湿度, 使粉尘被雾化水捕捉到达到降尘效果;2) 安装架间喷雾。采煤支架架间应有喷雾, 在采煤机工作时开启, 达到降尘目的;3) 喷雾洒水。在爆破前后、回柱放顶前后, 利用冲尘阀门, 进行洒水降尘;4) 安装水幕。采煤工作面进风顺槽距工作面30m范围内安装两组风流净化水幕;回风顺槽距工作面30m和50m范围内各安装一组风流净化水幕, 距离工作面100米内安设一组封闭式捕尘水帘。掘进工作咋爱距工作面30m、50范围内各安装一道自动化净化水幕, 在距离工作面75米范围内安装一道能够覆盖全断面的封闭式捕尘帘, 并在封闭式捕尘帘上风侧1m范围内安装喷雾装置。通过各水幕的净化作用能使采掘工作面及回风巷道内的粉尘浓度大大降低; (2) 主要巷道降尘。1) 刷洗岩帮。冲洗巷道、电缆上的积尘, 清除落尘, 积尘;2) 安装自动水幕。在进风大巷安装自动覆盖全段面的水幕, 从源头进行降尘、净化空气质量。

4 排尘

排尘是指采用相应的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稀释而降低的措施。 (1) 掘进工作面排尘。1) 抽出式局部通风。风筒出风口距离工作面很近时, 才有效排出粉尘, 稍远则排尘效果差;2) 压入式局部通风。风筒出风口距工作面的距离在有效射程内时, 能有效排出掘进工作面的粉尘, 但粉尘外排时会途径整个巷道, 巷道空气污染严重; (2) 采煤工作排尘。采煤工作面一般采用全风压通风, 在风量、风速满足生产需要的前提下, 风速必须大于最低排尘风速, 低于二次扬尘风速, 根据现场条件采用最佳有效风速, 及时将煤尘浓度降到最低值。

5 除尘

除尘是指利用除尘设备把风流中所含的粉尘收集起来然后加以清除, 使风流得到净化的措施。

(1) 采掘工作面除尘。采用矿用湿式除尘风机, 将含尘空气吸入除尘风机, 经过湿式捕尘器将粉尘捕获, 就地除尘净化, 除尘后净化的气流从捕尘器出风口排出, 达到净化风流的目的。

(2) 煤炭运输大巷除尘。在风速变化、巷道坡度变化大地点安设除尘设备。风速变化及巷道变化地点会由于煤炭运输过程煤炭的振动产生的粉尘被扬起。

6 隔爆设施安设的必要性

粉尘防治必须考虑到井下局部地点发生瓦斯、煤尘爆炸事故后, 粉尘对爆炸的作用性, 因为沉积的煤尘被扬起并使爆炸迅速传播而形成连续爆炸。安设隔爆设施可阻止爆炸蔓延, 防止形成连续爆炸。因此必须安设隔爆设施, 隔爆设施的安装和使用必须按照相关规定进行。

7 个体防护

在矿井生产的很多方面, 虽然采取了一定的防尘措施, 但也很难完全消除矿尘的存在, 甚至有的作业地点粉尘浓度依然很高。因此, 为了最大限度的减少矿尘对矿工身体的危害。矿工自身防护, 也是防尘工作中不可缺少的一个重要手段。

个体防护是防治粉尘自我保护的最后一道防线, 个体防护不只是要自觉使用好个人防护用 (防尘口罩、防尘帽、防尘呼吸器、防尘面罩等) , 还是严格按照科学规律做事, 自觉遵章守纪和操作规程, 保持良好的思想情绪。

8 结论

矿井粉尘是制约矿井发展的一个重要因素, 因此必须建立有效的防尘制度。在通过管理及粉尘的防与治等方面结合可以有效的治理矿井粉尘。

摘要：煤矿粉尘问题一直是制约煤炭企业发展的一个问题, 因此煤炭企业要获得更好的发展就必须有一套相对完善立体化粉尘防治体系, 主要包括管理、防尘、降尘、排尘、除尘、隔爆设施、个体防护几个方面。

关键词：立体化,防尘体系,煤矿粉尘

参考文献

[1]赵铁锤.矿井粉尘防治技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[2]李雨成.矿井粉尘防治理论及技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2015.

[3]金龙哲, 李晋平, 孙玉福等.矿井粉尘防治理论[M].北京:科学出版社, 2010.

浅析煤矿粉尘危害及防治技术 篇3

在煤矿建设和生产过程中,由于煤或岩石被切割、破碎,随之产生了大量粉尘。粉尘的产生和大量存在,不仅造成井下工作环境的严重污染,且直接危及工作人员的身体健康,更严重的是可燃可爆煤尘的存在,给矿井安全生产也造成巨大威胁,尤其是煤尘爆炸,给国家财产和矿工的生命安全将带来严重损害,同时,也给社会安定造成巨大隐患。据国务院职业病防治中心2007年统计数据显示,每年在煤矿生产中粉尘导致职业病伤害事故人数占煤矿行业各类事故伤害人数总和的75.75%,这个触目惊心的数字,警示了煤矿行业中粉尘对人身伤害的严重性,也揭示了煤矿行业加强粉尘治理的紧迫性、重要性和必要性。由此可见,粉尘治理迫在眉睫,刻不容缓。

1 煤粉尘的危害

煤矿粉尘是矿井在建设和生产过程中所产生的能长时间呈浮游状态存在于矿井空气中的各种岩矿颗粒物的总称。从环境空气角度分为总悬浮颗粒物(TSP)和可吸入颗粒物(PM10) 2种。煤尘是从爆炸角度定义的,一般指粒径在0.75 mm～1.00 mm之间的煤炭颗粒。岩尘是从工业卫生角度定义的,一般指粒径在10μm～45μm之间的粉尘颗粒。按粉尘中游离SiO2的含量划分,煤矿粉尘又分为硅尘和非硅尘,其中,含游离SiO2在10%以上的粉尘称为硅尘,矿井中的岩尘一般多为硅尘;含游离SiO2在10%以下的粉尘称为非硅尘,矿井中的煤尘一般多为非硅尘。

粉尘的危害主要表现在对人体健康和安全生产2个方面。工人长期吸入煤矿粉尘后,轻者患呼吸道炎症,重者患尘肺病。尘肺病因吸入的粉尘成分不同,可造成3种主要病症。吸入游离SiO2含量较多的粉尘引起的尘肺病是矽肺病,患者多集中于长期从事采掘一线的工人;吸入煤尘和含游离SiO2的岩尘引起的尘肺病是煤矽肺病,患者多为掘进和采煤混合工种的工人;长期吸入煤尘引起的尘肺病称为煤肺病,患者多为长期从事采煤工作的工人。3种职业病的致病因子,都是人体肺部长期吸入大量的粉尘所致。当今的医学水平对于种职业病很难彻底治愈。此类疾病发病缓慢,易被人忽视,特别是患病的主体对象;从事掘进一线的工人,一些人有章不循、有令不止的侥幸心理比较突出,个人防护意识较差,对防尘设施和个人防护劳保用品弃而不用的现象随处可见。目前,掘进打干眼、采煤落煤的防尘设施,装载点的喷洒水装置、个人的防护用品很少正常坚持使用,日复一日,待身体有了问题,方才知道其利害关系。事实上尘肺病引起矿工致残、死亡人数国内外都十分惊人。据统计,建国以来,中国矿山企业累计已发生尘肺病近70×104例,死亡人数达20×104以上,居各类职业病之首。国营煤矿每年尘肺病死亡人数已大大超过工伤死亡人数。目前,新增尘肺病人数达1×104人/a,且呈上升趋势,造成直接经济损失100×108元/a。矿山职业病安全问题已成为中国一大社会公害,严重制约着中国采矿业的健康发展,造成的家庭、社会问题,直接影响到社会的安定。

中国煤矿工人工种变化大,长期从事单一工种的很少,因此,煤矿尘肺病中煤矽肺比重较大,据统计,约占尘肺病总数的70%～80%,而矽肺约占20%～30%。通过对尘肺尸体解剖,认为2μm以下的粉尘是致病的主要原因。医学查明,大于10μm的尘粒大部分被阻留于鼻腔和咽喉部,随鼻涕和疾液等排出体外;2μm～10μm的尘粒大部分阻留在呼吸道,借助呼吸道黏膜分泌的黏液和黏膜纤毛运动,送至喉部排出体外;小于2μm的尘粒随着呼吸气流进入肺内,由肺泡的清除作用加以处理排出体外。上述3种清除方式将进入体内的97%～98%左右的尘粒排出体外,滞留在肺内的粉尘只是吸入粉尘量的2%～3%。人体虽有良好的防御和清除功能,但若长期吸入高浓度粉尘,仍可引起尘肺病,尤其是残留在肺泡内的硅尘粒,形成硅酸胶毒,杀死肺泡留在组织内形成纤维病变,开始呈网状,后肺泡渐渐减少而变成粗网,接着便在粗网的网眼间出现结节,许多结节逐渐融合成团块,最后形成尘肺癌变。

研究表明,影响尘肺病发生的主要因素是:a)矿尘成分。矿尘中游离SiO2的含量越高越易致病;b)矿尘粒度。尘粒越微细越易致病,小于5μm的尘粒越多,对人体的危害性越大;c)矿尘浓度。浓度越大,吸入的矿尘量就越多,越易患病;d)接触矿尘的作业时间。从事井下作业的工龄越长,吸入的粉尘量越多,越易患尘肺病;e)矿工的健康状况、生活习惯及个人卫生条件。体质较弱、个人卫生较差,又有吸烟等不良生活习惯的矿工更易患尘肺病。

尘肺病的发病原因还有很多,如,安全装备水平低,缺少应有的抗灾能力;矿山安全设备投入不足,在安全设备不齐备的情况下,乱采滥挖,职业病伤害也急剧上升;尤其是小型煤矿,多数不具备综合安全防尘设施和管理条件等,都是不可忽视的致病因子。

粉尘危害矿井安全生产,主要表现在燃烧和爆炸以及对机械和仪表的损坏。煤矿粉尘在井下达到一定浓度,且存在高温热源的条件下,能发生燃烧和爆炸。爆炸产生高温高压,又生成大量有毒有害气体,损坏井巷,毁坏设备,伤亡人员,甚至导致整个矿井毁坏,严重威胁矿井的安全生产和矿工的生命安全。

煤尘的粒度在0.75μm～1.0μm以下的岩尘都能参与爆炸,但爆炸的主体是75μm以下的煤尘,其含量越高,其爆炸的危险性越强,含量达到70%～80%时爆炸力最强。煤尘颗粒小于10μm时,爆炸反而减弱,这是由于过细尘粒在空气中很快氧化成为灰烬所致,过小的煤尘还会分裂成为许多化学成分不同的小粒子而减弱了爆炸性。

空气中瓦斯、O2的含量与煤尘爆炸有直接关系。瓦斯本身具有爆炸性,当它混入煤尘空气中,便增加了煤尘挥发含量与瓦斯浓度。空气中O2含量浓度对煤尘爆炸有很大影响,O2的浓度高时,点燃煤尘的温度便会降低。如果空气中O2含量低于17%,煤尘就不会发生爆炸。

煤尘爆炸须有达到最低点燃温度和能力的热源,引爆源的温度越高,能量越大,越易点燃煤尘,初始爆炸的强度就越大。另外,爆炸的空间形状、大小、升腾无障碍等,对煤尘爆炸的强烈程度都有很大影响。

综上所述,井下粉尘是制约中国矿山开发建设的一大公害,必须予以高度关注。根据粉尘产生、分布及其扩散规律,有的放矢地采取措施予以防治。

2 粉尘防治技术

预防粉尘的危害,关键在于降低作业场所的粉尘浓度,使其符合规定的标准。归纳起来,可从排尘、减尘、降尘、除尘和个人防护等5个方面全方位开展综合治理。

所谓排尘就是以通风方式吹出井下粉尘;降尘是利用喷雾洒水或添加湿润剂等使井下空气中的粉尘得以沉降;减尘是开展清洁生产从源头控制粉尘的产出量;除尘是利用捕尘器将粉尘收集起来集中处置;个人防护是使用各种防护面具减少人体吸入的粉尘量。鉴于煤矿地质结构的特殊性和粉尘污染的复杂性,各煤矿所采取的防尘措施也不尽相同,大体归纳为以下几种。

2.1 湿式钻孔

指在井下钻孔施工过程中,将压力水通过钻杆送入孔底,湿润并冲洗炮眼中的粉尘,使其在炮眼中变成桨液排出炮眼。这样能使大部分粉尘被控制在炮眼中,降尘率可达90%～98%。缺水矿井干式打眼可装备捕尘器,收集粉尘集中处置。

2.2 通风排尘与净化风流

用通风的方法将粉尘稀释净化排出,是降低井下粉尘浓度的重要措施之一。据不少煤矿的试验观测,当巷道中的风速达到0.15 m/s时,5μm以下的矿尘能够悬浮并与风流均匀混合随风排出。在产尘量多,矿尘浓度大,温度比较高的作业点,可适当加大排尘风速。当风速增加到1.5 m/s～2.0 m/s时,作业点的矿尘浓度降至最低值。风速过高将抽起落尘,使风流中含尘浓度增大,所以,采掘工作面的最高允许风速为4.0 m/s。

在风流通过的巷道中设置水幕净化风流,效果更好。水幕尽可能布满巷道,一般间隔距离以20 m为宜。当然,水幕喷头形状、安装角度与除尘效果也有很大关系。用实体锥喷头比扇形、空心锥喷头降尘效果要好得多,以一道水幕为例,降尘率可达43.5%;安装的喷头与顶板水平角为25。时,降尘率可达93.4%。

2.3 放炮喷雾

爆破是产生粉尘的主要环节之一,且能使降尘再度飞扬,二次污染空气。实践证明,放炮时采用喷雾洒水降尘,能收到很好的效果。

喷雾洒水是将压力水通过喷雾器在旋转或冲击的作用下,使水流雾化喷射到空气中,在雾体作用范围内,高速流动的散细水滴与浮尘接触,尘粒被湿润,在重力作用下沉降;同时,高速流动的雾体产生负压,将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉;洒水还可将落地尘粒湿润黏结,使之不易飞扬;洒水也可增加煤的水分,降低煤尘爆炸性;洒水也可阻止爆炸火焰传播

2.4 装岩洒水转载点降尘

装岩洒水是在出煤前和出煤过程中人工洒水的1种方式。冲洗岩壁是防止巷道壁上的积尘遇回风或巷道冲击波作用下再次飞扬形成多次危害的1种措施。特别是放炮后一定要冲刷工作面和散落在巷道及岩壁上的粉尘,主要进风巷要定期冲刷。各转载点卸煤口也是造成粉尘泛滥的1个重要源头,必须在源头上加以控制。《煤矿安全规程》规定:矿井必须建立完善的防尘供水系统。没有防尘供水系统管路的采掘面不得生产,主要运输巷道,采区回风巷以及各运输机转载机头、卸煤口必须敷设洒水装置。

2.5 个人防护

主要用具有防尘口罩、防尘风罩、防毒面具等,尤其是防尘口罩,应该根据作业和环境的差异选择不同的防尘口罩,特别是采掘和锚喷工种的工人,绝不能忽视个体防护的作用,应坚持正确使用,养成良好的作业习惯和生活习惯。

3 结语

浅谈煤矿井下粉尘防治技术 篇4

关键词：煤矿,井下粉尘,防治技术

随着煤矿机械化程度的不断提高和生产工艺水平的不断发展, 粉尘的生成量也在不断增加, 这就使井下作业人员接触粉尘的几率越来越高, 职工长期在充满粉尘的空间作业, 容易患尘肺病, 因此说井下粉尘的存在严重威胁着职工的人体健康。粉尘达到一定浓度还会引发爆炸, 这就给矿井安全生产带来严重的威胁, 不仅会损坏矿井设备, 还能造成人员伤亡。本文重要论述煤矿井下粉尘的防治技术, 来降低粉尘的浓度, 保证矿井的安全生产。

1 煤矿粉尘的产生和分类

1.1 煤矿粉尘的产生

粉尘是煤矿生产过程中产生的各种矿物质的微粒。一般分为煤尘和岩尘两种。煤尘是指粒径小于1mm的煤炭颗粒, 煤尘颗粒含有较多的固定碳为主的可燃物质。岩尘是指粒径小于5μm的岩石颗粒。当岩尘中游离二氧化硅含量超过10%时, 称为硅尘。在煤矿开拓、掘进、采煤、运输等各个生产环节中, 随着岩体和煤体的破坏、碎裂, 便产生大量的粉尘。采掘工作面产生的粉尘数量最多, 约占全部粉尘的80%;其次, 运输系统的各装载点, 煤 (岩) 进一步遭到破坏, 也会产生相当数量的粉尘。此外, 矿山压力和地质构造作用也会产生粉尘, 但所占的比例相对较少。

1.2 煤矿粉尘的分类

煤矿粉尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机粉尘外, 尚有多种不同的分类方法。1) 按矿尘粒径划分a.粗尘。粉尘粒径大于40μm, 相当于一般筛分的最小颗粒, 在空气中极易沉降。b.细尘。粒径为10μm~40μm, 肉眼可见, 在静止空气中作加速沉降。c.微尘。粒径为0.25μm~10μm, 用光学显微镜可以观察到, 在静止空气中作等速沉降。d.超微尘。粉径为0.25μm, 要用电子显微镜才可以观察到, 在空气中作扩散运动状。2) 按矿尘存在状态划分:a.浮游粉尘。悬浮于矿井内空气中的粉尘, 简称浮尘。b.沉积粉尘。从矿内空气中沉降下来的粉尘, 简称落尘。浮尘和落尘在不同环境下可以互相转化。浮尘在空气中飞扬的时间与尘粒的大小、重量、形式等有关, 还与空气的湿度、风速等大气参数有关。3) 按矿尘粒径组成范围划分:a.全尘 (总粉尘) 。各种粒径的矿尘之和。对于煤尘, 常指粒径为1mm以下的尘数。b.呼吸性粉尘。主要指粒径在5μm以下的微细尘粒, 它能通过人体上呼吸道进入肺区, 导致肺病, 对人体危害甚大。

2 粉尘的危害

1) 对人体的危害。煤矿井下职工长期在粉尘环境中工作, 吸入大量粉尘后, 会引起上呼吸道炎症;当职工的皮肤沾染粉尘时会阻塞毛孔, 还可能引起皮肤病或发炎;粉尘还能刺激眼睛引起角膜炎, 造成视力减退;职工长期接触粉尘, 肺部会因吸入大量粉尘患上尘肺病。另外, 当井下作业地点粉尘浓度过高时, 影响作业人员的视线, 使之不能及时发现井下存在的隐患, 导致机械和人身事故的发生。

2) 爆炸危害。粉尘中的煤尘, 具有可燃性, 当空气中煤尘的浓度达到30~40g/m3时, 遇到外界火源, 很容易引起火灾;而还有些煤尘能够发生爆炸, 造成矿井毁坏和人员伤亡, 给矿井带来巨大的经济损失。

3) 污染环境。粉尘不仅污染作业环境, 还能降低工作场所的可见度, 从而影响劳动效率和职工的操作安全。

3 粉尘防治技术

3.1 建立健全管理制度

必须建立健全严格的检查管理制度和专门的组织机构, 抓好防尘劳动保护工作。首先, 对已经建立的通风除尘系统要加强维修和管理, 以保证其具有良好的通风效果。定期检测井下工作面空气中的含尘浓度。加强对长期接触粉尘人员的定期体检工作, 做到早发现早治疗。加强对职工的防尘教育, 在采掘过程中, 要采取喷水降尘的湿式作业。

3.2 采掘工作面综合防尘技术

随着煤矿采掘机械化程度的不断提高, 综采工作面和掘进工作面成为煤矿井下生产过程中最主要粉尘生成源, 也是粉尘危害最严重的地方, 可采取以下防尘措施。1) 改进采掘机械的运行参数。适当改变采掘机械的运行参数, 可以降低采掘作业时的产尘浓度。试验证明, 将采煤机的滚筒转速由50r/min降到39r/min时, 粉尘生成量降低30%。当采煤机的滚筒转速与牵引转速适当匹配时, 也可降低粉尘生成量, 如EDW-170L型采煤机牵引速度为2m/min时, 产尘量最小的转速为50r/min;牵引速度提高到4m/min时, 产尘量最小的转速为120r/min。对破碎机、装载机等机械运行, 也应考虑产尘量最低。2) 采煤机喷雾消尘。采煤机割煤处是综采工作面最大的尘源, 因此, 对此处煤尘的控制是搞好粉尘防治的关键。目前滚筒采煤机的除尘措施仍采用外喷雾和滚筒内喷雾。实践证明, 在采煤机滚筒附近安装水力引射器, 向割煤处进行外喷雾, 可使煤尘降低50%左右。而且还能解决滚筒附近的局部瓦斯积聚问题。3) 在掘进机上安装除尘风机, 在综放工作面的移架、放煤过程中, 支架之间增设洒水喷雾装置, 以达到喷雾降尘效果。4) 采用水炮泥。水炮泥是用盛水的塑料袋代替或部分代替炮泥充填于炮眼内, 爆破时水袋破裂, 在高温高压爆炸的作用下, 大部分水被气化, 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降尘作用。若在水炮泥中添加湿润剂, 粘结剂等物质, 可大大提高降尘效果。5) 采用个人防护装置。实践表明, 要消除每个生产环节的粉尘是十分困难的, 在某些产尘量大的地方更难做到。在这种场合, 应使用个人防护装置:如综采工作面的采煤机司机、开缺口及支架工等, 应带高效、低阻、轻便的防尘口罩。

3.3 通风排尘和净化风流

用通风的方式将矿尘稀释并排出, 是降低井下矿尘浓度的重要措施之一。因此, 要加强掘进通风管理工作, 减少漏风, 提高风筒出口风量, 合理控制风速。当风速过低时, 粗粒矿尘将与空气分离下沉, 不被排出。据试验观测, 当巷道中风速达到0.15m/s时, 5μm以下的矿尘能够悬浮并与空气均匀混合而随风流排出。《规程》规定:掘进中的岩巷最低风速不得低于0.15m/s, 这完全可以满足最低排尘风速的要求。提高排尘风速, 粒径稍大的尘粒也能悬浮并排出, 同时增强了稀释作用, 矿尘浓度也随之降低。风速再增高时, 将扬起落尘, 使风流中含尘浓度增大, 因此《规程》规定:采掘工作面的最高允许风速为4m/s。在产尘量高, 矿尘比重大, 温度比较高的作业地点, 可适度增大排尘风速。

4 结论

煤矿矿井粉尘防治研究 篇5

目前我国煤炭开采以井工开采为主,井下采煤空间狭小、工作地点多变,通风效果差;大截深、大功率、大运输量机械化采煤设备的使用日益增多,产尘量加大;采区的延伸、巷道运输距离的加长、转载点的增加,导致采煤、掘进、转载、运输各流程均伴随着大量的粉尘产生。这些都使得煤尘污染和爆炸风险提高[1,2,3]。因此,井下粉尘监测、防治是一急需攻克的难题。

2 井下粉尘监测技术现状

粉尘监测既是掌握现场粉尘状况的重要手段,也是粉尘防治和管理的重要环节。

2.1 测尘仪表

目前广泛使用的测尘仪表主要有三类:粉尘采样器、测尘仪及粉尘浓度传感器。粉尘采样器测尘过程繁琐,不能及时反映作业场所粉尘的污染状况。测尘仪则存在校正工作比较复杂、测量范围较窄、质量重等缺点。且粉尘采样器和测尘仪均不能连续在线监测,测出的粉尘浓度受井下生产、风流等条件的影响,不能全面、准确的反映井下的粉尘污染状况[4]。所以,能够实现连续检测的粉尘浓度传感器已成为国内外研究的热点。基于图像分析监测煤尘装置[5]既可以观察颗粒形貌,也可以分析煤尘颗粒粒度分布等参数。该装置测量结果直观,丰富了测尘仪器的功能,值得进一步的研究。

2.2 测尘方法

国内矿山现在多采用全尘采样,而国外矿山大都采用呼吸性粉尘采样[6]。我国煤矿的煤尘大多具有爆炸性,全尘监测可以有效防止煤尘爆炸事故的发生;而整班个体呼吸性粉尘监测更为真实地反映全工时内呼尘浓度和矿工的接尘状况,从而可以针对不同粉尘浓度的采区或工作面、不同程度的接尘人员或工种采取相应的管理和监护,减少和预防尘肺病的发生[7]。

3 井下粉尘防治技术现状

井下粉尘的防治主要有四个思路[8,9]:一是减尘,即在采煤之前,通过采取合理的设计参数、工作参数或某些技术措施,来降低煤体产尘的可能性;二是降尘或捕尘,即在开采时,利用特定的防尘技术或设备控制尘源,使粉尘不能进一步扩散,及时地把粉尘沉降或捕捉;三是排尘,即通风排尘;四是隔尘,即利用气幕、个体防护装备(Personal Protective Equipment,PPE)把工人与粉尘尤其是呼吸性粉尘隔离开来。

3.1 采煤机减尘

采煤机减尘是指通过改进其设计参数、工作参数,来减小机器工作时的产尘量。设计和生产过程中,应根据现场的实际情况,合理地选择每线齿数、采煤机的牵引速度、滚筒转速等参数。研究表明设计滚筒参数时要增大截线间距、合理设计滚筒直径、减少叶片头数可以有效的减少产尘量[10];而最大切屑厚度、每线齿数、牵引速度对粉尘爆炸率有较大影响[11,12]。另外,要定期更换截齿,因为截齿磨损后,尤其是在磨损后的截齿重量比新截齿重量减少7%后继续截割时,会使生成粉尘的浓度大大增加[13]。

3.2 煤层注水减尘

煤层注水通过润湿煤体内的原生煤尘、有效包裹煤体的每一部分、改变煤体的物理力学性质三者共同作用来达到减尘目的[14,15]。但是我国煤层多为低渗透性、高硬度难注水煤层,限制了煤层注水技术的防尘效果。赵振保[16]提出了用脉冲高压水压裂、沟通煤层裂隙,静压水均匀润湿煤层的动、静压交替注水方式,克服了采取静压水直接注水方式效果差的弊端。相信该注水方法将会有良好的应用前景。为了降低煤层湿润边角、提高煤层注水较果,必须进行煤的润湿性能研究,选择最佳表面活性剂及其浓度。

3.3 湿式打眼和水炮泥减尘

在井下炮采、炮掘面要进行湿式打眼,以湿润、冲洗和排除产生的矿尘。据实测:湿式打眼的降尘率最高可达90%左右[17]。水炮泥是将装水的塑料袋填入炮眼内,爆破时水袋破裂,大量水汽在爆破压力作用下急剧扩散、渗透到煤体中,从而有效地抑制煤尘尤其是呼吸性粉尘的产生,同时也可减少有毒有害气体产生。

3.4 喷雾降尘

湿式喷雾降尘是井下降尘最经济简便的方法,但是由于喷嘴易堵塞、造成大量积水、降尘率低等缺点而不能大量使用。问题在于缺乏相关理论的指导[18]:尘颗粒的亚微观结构特征、性质及形状;矿井水的成分及性质;喷嘴设计、布置;喷雾压力与雾化粒径之间的关系等问题需要进一步的研究。目前大部分学者认为喷雾压力大,降尘效果越好。另外,实验研究表明采用预荷电、磁化水和向水中加入抑尘剂等方法,来改变喷雾水的性质,可以达到改善降尘效果的目的。

3.5 负压吸尘

负压吸尘就是利用压力水经喷嘴射流后形成后腔负压,由于水射流的紊动扩散和粘滞作用,带动周围的空气流动加速,将周围煤尘吸入喷管与喷雾水混合后喷出,形成喷雾-降尘-吸尘-喷雾的防尘循环,达到降尘目的。目前,该技术已应用于采煤机、支架等设备的除尘。

3.6 泡沫除尘

泡沫除尘技术是利用发泡剂等表面活性物质与水按比例混合后,通过发泡器产生泡沫射向尘源。泡沫体积和表面积较大,能够增加与尘粒相互作用的面积,通过拦截、粘附、湿润、沉降等作用将粉尘捕集。泡沫除尘技术的对粉尘尤其呼吸性粉尘有效好的除尘效果,且耗水量少[19]。超微磁化泡沫[20]的试验研究表明,经过磁化可显著提高泡沫降尘效率,且随着泡沫粒径的减小,其对呼吸性煤尘的降尘效率逐渐增大。

3.7 通风排尘

通风排尘就是通过风流的流动将井下悬浮粉尘排出矿井,从而稀释和降低工作场所的粉尘浓度。决定通风除尘效果的主要因素有:风速、风流方向及粉尘密度、湿润程度等。风速过低,不易排出粗粒粉尘;风速过高,又使落尘重新吹起,引起二次飞扬。《安全规程》规定采掘工作面最高容许风速为4m/s。

3.8 气幕隔尘技术

该技术利用喷射气流使粉尘与周围空气隔离,在采煤司机与煤壁之间形成一道“无形透明屏障”。气幕的出口角度是影响隔尘效果的关键因素之一。研究试验表明:出口角度在5°-10°范围[21],隔尘空气幕的工作效率较高,采煤司机处的粉尘浓度最低。

3.9 个体防护装备(PPE)技术

个体防护主要是指佩戴防尘装备,包括:防尘口罩、防尘帽、防尘呼吸器、防护眼镜等;利用这些装备可以形成最后一道防线,大大改善工作人员的身体健康状况。目前,我国PPE标准及技术水平与发达国家还有一定差距,需要进一步完善和发展[22]。

4 井下粉尘监测、防治研究发展方向

(1)改进监测仪表与方法。总体发展方向为由短时监测转向长周期连续监测,总粉尘监测转与呼吸性粉尘监测并重;在此基础上准确监测粉尘分布规律,是采取正确防治措施并取得理想效果的保证。另外,研究物联网提前感知、超前防范技术在粉尘治理方面的应用,可以降低粉尘爆炸事故发生的概率。

(2)深化研究产尘机理,改进采煤机采煤工艺与截割结构参数。减尘是粉尘防治最根本的方法,综采工作面是矿井最大的尘源,所以,研究产尘机理与采煤工艺、截割结构参数的关系具有重大意义。

(3)加深对粉尘物理化学特性的研究。煤尘随着粒径的减小,其物理化学性质(特别是润湿性)会发生很大变化,认识这些性质是进一步研究喷雾降尘、泡沫除尘等防尘技术的前提基础。

(4)积极引进、利用国内外先进技术,实现粉尘监测与防治一体化、智能化。将先进技术应用于矿山时,需进行再创造以适应井下复杂的环境。

(5)不断改进相关标准,完善PPE产品性能和功能,实现防尘、防毒、供气一体化。其它粉尘防治措施效果不佳时或发生煤尘爆炸事故时,PPE可以发挥保护劳动者健康与安全的作用。

(6)建立健全法律法规,完善管理机制,使防尘管理工作逐步实现制度化、科学化防尘工作。

5 结语

井下粉尘监测、防治涉及人-物-环境-管理等多方面因素,可以说是一项系统工程。所以,必须通过提升职工安全技术素质和防尘意识、打造本质安全化矿井、加强防尘管理来保证煤矿的安全生产、职工的身体健康和企业的经济效益。

煤矿矿井粉尘防治研究 篇6

一、永煤集团城郊煤矿概况

城郊煤矿地处河南省永城市境内, 是永煤集团第三对投产的大型矿井, 井田位于永城隐伏背斜西翼中段, 南北长约12km, 东西宽约11km, 勘探面积约103km2。设计服务年限118.2年。矿井现有四个井筒, 主井提煤, 兼辅助进风, 副井提人、下料、进风, 北、东风井为专用风井;矿井开拓方式为立井多水平上、下山开拓。

二、城郊煤矿矿井防治水信息化系统的构架

矿井防治水信息化系统的架构在以水文地质数据库、专家知识库以及突水预测模型库的基础上进行, 其中主要包括三个子系统, 即矿井水害的预测、防治水的辅助决策以及水文地质数据的管理;另外还包括一个服务支持模块, 在下文中主要就矿井水害的预测已经防治水的辅助决策两个重要系统深入研究。

(一) 矿井水害预测预报系统

当矿井涌水时, 其水量极大, 而且具有突发性强、来势极为凶猛的特点, 通常都会对矿井安全带来极大的安全隐患。在严格依据“预测预报”原则的基础上, 再结合永煤集团城郊煤矿的水文地质条件, 将诸多有可能会导致突水危害的因素综合考量进来, 实现对城郊煤矿有计划、有目的性的开展水害治理研究, 以防为主, 防、治结合, 最终找到与城郊煤矿生产相适应的治理方案, 将水害事故降低到最小。

在这其中, 坚持城郊煤矿预测、预报的基本思路如下:城郊煤矿完善建立矿井水文地质基础图纸和基础台账, 编制年度防治水计划和月度水害预测评价, 在基于水文地质数据管理的基础上, 将各个系统学科的相关知识都综合考量其中, 从辅助分析、突水预测以及水源判别三个方面构建模型库。在上述基础上, 再将可能会影响到矿井突水的一些主要因素都纳入进来, 包括隔水层的厚度、岩层富水性等等, 在将单一的突水分析转变成为对突水系数、趋势的分析基础上, 根据城郊煤矿的水文地质因素, 对影响到其突水的因素予以综合分析, 并通过对人工智能技术的应用, 实现对城郊矿井中突水其概况的预测, 并判断突水水源, 为水害的治理提供可靠的参考依据。突水预测系统总体框架构建可见图一。

(二) 城郊矿井防治水辅助决策系统

通过专家咨询、对案例的分析等多重途径进行梳理, 继而构建知识库与推理库, 实现对城郊矿井突水预报、防治水方案的信息化制定, 并从多方面例如安全可靠程度、经济的合理性等进行对制定方案的评价与完善, 实现最优的矿井防治水方案, 保证决策的科学性。那么就其系统的构建思路概述如下:

(1) 就城郊煤矿矿井的突水预报以及防治水方案来说, 在以专家经验与知识的依托下, 主要就突水的原因或者类型进行判断, 并总结出相应的防治措施, 在此基础上加强对突水新知识的学习与更新。

(2) 就矿井注浆截流方面来说, 主要包括三个方面的内容, 即注浆改造、堵水与帷幕注浆, 就注浆堵水方面来说, 是从主要对突水水源的调查、注浆工艺等几个方面来给出注浆堵水的工艺;帷幕注浆则是以水文地质条件勘察、效果评价等方面以图形或者是文本为主要的表现形式给出帷幕注浆的操作过程;对于注浆改造来说, 则是以质量检查、施工方法、应用的条件这三项为主要方面, 给出改造方法。

(3) 老空探放水的作用是进行对探放水的计算, 并将探水方法或者是整个流程都表现出来。

(4) 防水煤柱的存在主要是为了实现在断层、水淹区或者是老窖积水区下对导水钻孔等方面防水煤柱留设的计算。

(5) 就矿井疏干水量的计算与优化设计方面来说, 是为了起到对潜水含水层单孔、多井联合疏水等相关涌水及降水量计算的作用, 以此为基础, 通过将随机或者是确定性的模型加以利用进来, 实现对疏干水量最佳的计算与分配效果, 确保矿井疏水方案的安全性与经济性。

(6) 对于涌水量的预测方面, 则是通过以水文地质比拟法或者回归方程方法为主的一些非确定性统计模型来进行对矿山用水量的评价。

就城郊煤矿矿井防治水辅助决策系统的架构具体可见图2。

三、永煤集团城郊煤矿矿井防治水信息化系统的实现

(一) 城郊煤矿矿井水害预测系统

1. 系统设计

在实现以GIS技术为基础的前提下, 进行对空间与属性数据的综合管理, 并针对城郊矿井存在的水文地质条件各不相同的因素, 结合相关使用人员层次划分问题, 进行对计算机系统的开发, 使其具备信息共享、多用户并发控制等操作特点。突水预测系统架构详见图3。

2. 系统的实现

突水预测预报系统将GIS基本功能都表现出来, 其中包括像地图的操作、空间数据的导入或者到处等等, 另外还将水源的识别、水文地质数据管理系统以及突水危险性分区等各项功能也都展现出来。

(二) 城郊煤矿矿井防治水辅助决策系统

1. 系统设计

整体系统的设计主要针对的内容包括矿井水害的预测、方案的优化设计以及对矿井涌水量的计算等诸多内容, 并针对所使用对象的不同, 根据层次的不同具体开发相应的计算机系统, 将预测及防治相结合, 实现信息数据的共享功能、多用户并发控制、快速极端等诸多特点。

2. 系统的实现

城郊煤矿矿井防治水辅助系统的实现包括矿井防治水专家系统、防水煤柱的留设以及矿井用水量的预测等多方面内容, 其系统的实现也最终达到对水害类型的判断、方案的更新优化等根本目的, 将诸多内容综合为一体, 成为煤矿矿井水害计算机辅助决策系统。

四、结束语

结合矿井水文地质概况和生产实际, 我矿防治水部门进一步完善了矿井突水预测系统, 辅助决策系统, 井田边界及各采区严格按照《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》留设防隔水煤柱, 加强水害预测预报, 并加强对井田周边老空积水的动态监测, 将防治水信息化系统应用到实际生产中, 具有操作简便、预测精准率高等特点, 能够满足矿井正常开采需要, 实现安全生产, 因此, 对城郊煤矿矿井防治水信息化系统的研究与实现具有重要的实践意义。

摘要：在分析永煤集团城郊煤矿矿井水文地质的基础上, 针对矿井充水的因素, 提出矿井防治水信息化系统的研究目标, 并就系统的架构及基本思路进行介绍, 主要包括水害预测预报系统、矿井水文监测系统等等。防治水信息化系统建成后, 在永煤集团城郊煤矿中得到了良好的应用效果。

关键词：永煤集团,煤矿矿井,防治水,信息化系统

参考文献

[1]张振伟.矿井信息化系统在煤矿安全生产中的应用[J].煤矿现代化, 2012, 03.

[2]黄国军.基于GIS的矿井水害预测系统研究[J].中国煤炭地质, 2009, 10.

[3]杨丹丹.基于GIS的谢桥煤矿矿井水害防治专家系统研究[D].合肥工业大学, 2012.

[4]李同法.浅谈煤矿矿井防治水[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013, 27.

煤矿矿井粉尘防治研究 篇7

关键词：粉尘,自动喷雾,含尘气流控制

粉尘危害是煤矿生产的六大灾害之一。矿井生产时产生的粉尘弥漫在整个工作空间, 它们在整个工作面飞扬, 使井下的空气遭到严重的污染, 不仅危害工人的身体健康, 也破坏了设备的工作环境, 加速机械的磨损, 降低操作现场的能见度, 增加事故发生率, 也容易引起煤尘爆炸与瓦斯爆炸事故[1,2]。随着煤矿机械化水平和生产强度的不断提高, 粉尘的污染问题也日益突出, 极大地威胁着矿工的人身健康及矿井的安全生产。特别是在突出矿井, 发生瓦斯、煤尘爆炸恶性事故的可能性也大大增加, 同时其危害将更为严重。近年来, 我国煤尘爆炸事故时有发生, 对煤矿粉尘的防治工作不能有丝毫的轻视和放松, 必须加大力度搞好矿井的粉尘防治工作。而作为矿井主要产尘点的采掘工作面的综合防尘工作又是重中之重。

1 矿井概况

梁北煤矿2004年12月竣工投产。矿井采用立井单水平上、下山开拓方式, 采煤方法为走向长壁大采高综采工艺, 通风系统为中央分列式, 通风方式为抽出式。主采煤层为二叠纪山西组底部二1煤, 煤层走向196°, 倾角12.5°, 煤层平均厚度4.2 m。煤层瓦斯压力0.60～3.65 MPa, 瓦斯含量4.91～13.97 m3/t, 硬度系数0.15～0.30, 煤层透气性系数0.001 1～0.045 4 m2/ (MPa2·d) , 属于难抽放煤层。二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性, 为煤与瓦斯突出矿井。煤尘具有爆炸危险性 (爆炸指数为17.19%～18.42%) , 二1煤层一般无自燃倾向性 (自然发火期82 d) , 属Ⅲ类不易自燃煤层。

矿井采掘生产主要在11采区, 布置有1个采煤工作面 (11081采煤工作面) 和4个煤巷掘进工作面 (11061回风巷、11071回风巷、11141运输巷、11141回风巷掘进工作面) 。矿井采用中央分列抽出式通风系统, 主、副井进风, 东风井回风。东风井安装2台BDK-8-N032型防爆对旋轴流式通风机, 1台运转, 1台备用, 额定风量9 000～17 300 m3/min。目前, 矿井总进风量12 500 m3/min。掘进工作面通风方式均采用压入式, 煤巷掘进选用2×30 kW对旋式高效局部通风机供风。

采掘工作面采用传统的粉尘治理方法, 作业地点粉尘浓度严重超标, 直接威胁着职工的身体健康和矿井的安全生产。为了有效地治理采掘工作面粉尘灾害, 梁北矿于2008年6月与煤科总院重庆分院合作, 先后在11081采煤工作面和11141运输巷掘进工作面开展了粉尘综合治理技术试验研究工作, 通过近1 a的现场试验, 取得了显著成效。

2 采煤工作面粉尘综合防治

在煤矿开采过程中, 综采面是矿井粉尘的主要来源, 其产生的粉尘约占矿井全部粉尘量的60%[3]。采煤工作面生产过程中主要产尘点是:采煤机割煤产尘, 工作面煤壁垮落产尘和移架产尘。对于大采高工作面 (采高4.8 m) , 且有煤与瓦斯突出危险性, 产尘量大, 要求防尘控制范围大。在工作面进行煤层浅孔注水可适当增加煤层含水量, 降低采煤机割煤时的产尘量。采用采煤机高压外喷雾降尘技术, 可从平面上对滚筒形成一个水雾包围圈, 但由于受风流的影响, 滚筒产生的粉尘有相当部分散逸, 进入风流中造成污染。通过布置在支架上的护帮和移架喷雾水幕, 由上而下地再次对滚筒实施强力喷雾, 形成更加厚实的水幕包围圈, 必将使煤体更加湿润, 产尘量显著减小。从而可形成所谓的三维“立体”控尘技术, 针对粉尘产生源头进行有效治理。

2.1 采煤机割煤粉尘防治

采煤机割煤一方面因随时移动无法罩封尘源, 另一方面均处于较高速风流中, 粉尘易扩散飞扬, 最难控制, 是治理的难点, 而产尘量最大的尘源也是采煤机。国内外研究表明[4], 高压喷雾具有雾粒直径小、雾粒运动速度高、雾粒密度大及雾粒射程远、耗水量小、覆盖面积大及喷嘴不易堵塞等显著优点, 能够很好地满足高效降尘的要求, 特别是对微细粉尘, 高压喷雾具有比低压、低中压高得多的降尘效率。此外, 高压喷雾的雾粒还带有一定的静电荷, 这样由于粉尘的静电相吸作用, 使得它对难以净化的微细粉尘具有很好的净化作用。综采工作面采用CPC型采煤机高压喷雾降尘器, 高压水经过降尘器高压喷嘴时形成的高速水雾流引射工作面的含尘气流, 含尘气流在多管引射装置内被净化处理;同时喷雾射流在采煤机截割滚筒周围形成均匀的喷雾水幕, 阻止粉尘向外扩散, 并消除尽可能多的粉尘。

采煤机逆风向割煤时, 工作面风量大、风速高, 下滚筒上的降尘器由于受到风流的影响, 高压水雾较难喷到滚筒, 无法有效覆盖滚筒, 粉尘在风流的影响下有一部分将扩散到工作面人行道内, 针对这种情况采取了含尘气流控制技术。与采煤机下滚筒摇臂相平行, 装设1根喷雾管, 上面装有可调节方向的喷嘴, 通过合理布置喷嘴的位置、角度及正确选择其流量等参数, 迫使采煤机割煤时产生的含尘气流沿煤壁流动, 并在高压喷雾和护帮喷雾的作用下进行有效降尘, 减少对司机的危害。图1为采煤机高压喷雾降尘及含尘气流控制系统示意。

2.2 护帮喷雾及移架喷雾降尘

为了控制工作面煤壁片帮和移架时的粉尘产生量以及更加有效地控制采煤机割煤时的粉尘扩散, 在综采工作面液压支架上安设自动喷雾装置 (图2) 。喷雾装置通过FPY-2型液压支架自动喷雾控制阀与液压支架的护帮板收、放和升降柱控制油路相连接, 当采煤机割煤经过时液压支架护帮板收起, 此时, 高压液就会自动打开控制阀, 使喷雾装置与高压供水管路连通开始喷雾, 采煤机经过后护帮板放下时, 控制阀切断高压供水管路, 停止喷雾降尘, 当液压支架降柱时开始喷雾, 当升柱时停止喷雾。为了提高雾化效果和降尘效率, 采用水压大于10 MPa的高压水。随着采煤机的移动, 液压支架上的护帮喷雾也随之移动, 使得采煤机滚筒始终处于水雾覆盖中。

2.3 工作面煤层注水

煤体的预先湿润可以减少煤层开采时的粉尘产量。前苏联的研究表明, 煤体的水分增加1%, 煤层开采时的粉尘产量可以减少60%～80%, 同时也降低了其他尘源点 (如破碎机、转载点等) 的粉尘产生量[5]。综采工作面煤体预注水采用深孔中压注水, 利用工作面瓦斯抽放效检孔及在效检孔下部500 mm处施工专门注水钻孔, 孔径42 mm, 孔深9 m, 垂直于煤壁布置, 采用Ø42 mm注水封孔器封孔, 插入钻孔不低于2 m, 注水压力控制在4～6 MPa, 注水至煤壁渗水为止, 一般需15～30 min。

2.4 工作面综合防尘效果

采用直读式粉尘浓度测量仪对11081综采工作面生产期间的粉尘浓度进行测量 (测量记录见表1) 。由表1可以看出, 11081综采工作面采取综合防治措施前粉尘浓度平均值为688.5 mg/m3, 采取以上综合防尘措施后工作面采煤时的粉尘浓度平均值降到153.4 mg/m3, 降尘效率达到77.7%, 工作面工作环境得到了较大的改善。

3 煤巷掘进工作面粉尘防治

煤巷掘进工作面生产时产生的粉尘也是影响矿工身体健康和安全的突出问题。掘进面的粉尘弥漫在掘进面空间, 微小颗粒能够较长时间呈悬浮状态 [6,7]。梁北煤矿煤巷掘进主要采取炮掘作业, 主要产尘工序是放炮作业和打眼作业, 必须重点做好这2个工序的粉尘防治工作。

3.1 放炮高压喷雾降尘

掘进工作面爆破作业产尘的特点是:在工作面爆破后, 粉尘迅速充满整个抛掷带, 抛掷带与巷道其他区间产生浓度差, 在浓度梯度下, 粉尘做自由扩散运动, 短时间产生大量的粉尘并伴有炮烟, 瞬时矿尘浓度非常高[8]。掘进巷道爆破后瞬时粉尘浓度在500～2 000 mg/m3, 分散度较高, 且爆破产生的粉尘会随爆破气浪的膨胀运动迅速向外扩散弥漫, 污染影响范围可达几百米, 而且大量微细粉尘能够长期悬浮于巷道空气中, 直接危害工人的健康。

放炮高压喷雾降尘系统主要由高压喷雾泵、自动供水水箱、精密水质过滤器、高压水管、高压喷嘴、喷雾架和控制开关等组成。喷雾泵站安装在巷道车场两道风门外新鲜风流中, 通过高压胶管将高压水送到掘进面距爆破面15～20 m处的喷雾架上。高压喷雾泵通过高压水管向固定在喷雾架上的喷嘴输送10 MPa以上高压水流, 形成高密度的微细雾粒, 在放炮后充满掘进面, 形成水雾屏障, 达到降尘和消除炮烟的目的 (图3) 。当开始放炮作业时, 提前5～7 min将高压喷雾装置开启, 放炮结束后5～10 min关闭高压喷雾装置, 即完成放炮作业的除尘任务。采用放炮高压喷雾降尘措施后10 min, 工作面粉尘浓度可降至10 mg/m3 以下。

3.2 打眼作业粉尘防治

由于巷道掘进时需要施工防突措施钻孔, 一般孔径为75 mm, 钻孔深度10 m, 采用湿式打眼工艺易塌孔且不利于排渣, 因此采用干式打眼工艺, 且3台钻机同时作业, 作业时工作面粉尘浓度在500 mg/m3以上。为有效解决粉尘污染问题, 在距离工作面15～20 m处安装1台液动除尘器, 将工作面打眼作业产生粉尘通过除尘器净化处理。除尘系统由液动除尘器、液压泵站、负压风筒和收尘罩等组成, 如图4所示。在打眼作业时将收尘罩置于距掘进面1 m左右的回风侧, 然后开启液压油泵站向除尘器供液, 调节油阀使除尘器工作, 除尘器风量调节不超过工作面供风量的80%。

在11141运输巷采用该除尘系统后, 打眼作业时掘进面的粉尘平均浓度降到90.6 mg/m3, 降尘率75.4%, 大大改善了掘进巷道的工作条件 (表2) 。

4 结语

(1) 通过分析采掘工作面具体的产尘工序及粉尘分布特征, 从产尘点开始, 通过采取标本兼治、多种措施相结合的综合防尘方法, 井下采掘工作面的防尘工作取得了显著的效果。经过几个工作面的应用, 综采工作面采煤时的平均粉尘浓度降到153.4 mg/m3, 平均降尘效率达到77.7%;煤巷掘进工作面打眼作业时的平均粉尘浓度降到90.6 mg/m3, 降尘效率为75.4%。

(2) 采掘工作面不同地点的粉尘浓度和产生方式各不相同, 必须对主要的产尘地点采取针对性的防治措施, 整个工作面多种措施相结合综合防治。

(3) 通过提高喷雾降尘用水的水压, 能够更加有效地提高降尘效率;通过将收、放护帮板和喷雾相结合, 实现了采煤机割煤时尘源跟踪降尘以及对片帮产生粉尘的有效防治。

(4) 目前综采工作面采用的注水方法压力较低, 注水范围较小, 并且工作面布置的钻孔过多, 注水时容易通过其他钻孔跑水, 很难使煤体充分湿润而达到理想的效果。可考虑预先在综采工作面两巷采用长钻孔动压煤层注水方法, 并在水中添加表面活性剂, 提高水对煤层的润湿能力。

(5) 继续完善工作面移架时的防尘措施, 同时架间负压引射捕尘器容易淋湿工人的衣服, 现场有时被人为关闭, 必须加强现场使用管理, 严格按规定进行操作, 确保降尘效果。

参考文献

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