煤层注水除尘技术.doc

1.煤层注水煤层注水能较大幅度地减少采煤工作面粉尘产生量，是国内外广泛采用的最积极、最有效的防尘措施。1.1 煤层注水的实质煤层注水是回采工作面最重要的防尘措施之一，在回采之前预先在煤层个打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程中煤尘的产尘量。煤层注水的减尘作用主要体现在以下3个方面：(1)煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源。(2)水进入煤体内部，并使之均勾湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生。(3)水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。注水后的煤层，在回采及整个生产流程中都具有连续的防尘作用，而其他防尘措施则多为局部的。采煤工作面产量占全矿井煤炭总产量的90，因此煤层注水对减少煤尘的产生，防止煤尘爆炸，有着极其重要的意义。1.2 煤层注水的方式及优缺点注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况有短孔注水、深孔注水、长孔注水和巷道钻孔注水4种方式。1.短孔注水短孔注水是在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为23.5m，如图2-1所示。图1-1 短孔注水方式示意图a垂直煤壁钻孔 b斜交煤壁钻孔短孔注水的优点：对地质条件适应性强；注水设备、工艺、技术均较简单。短孔注水的缺点：钻孔数量大而湿润范围小；封孔频繁而不易严密，易跑水；注水与采煤面其他工序相互干扰。2深孔注水深孔注水是从回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般525m，如图2-2所示。图1-2 深孔注水方式示意图深孔注水的优点：不仅具有短孔注水的很多优点；而且更能适应围岩的吸水膨胀性质；较短孔注水的钻孔数量少，湿润范围大而均匀。深孔注水的缺点：因压力要求高，故设备、技术复杂；较长孔注水的钻孔数量多，封孔工序也较频繁。3.长孔注水长孔注水是从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长30100m，如图2-3所示；当工作面长度超过120m而单向孔达不到设计深度或煤层倾角有变化时，可采用上向、下向钻孔联合布置钻孔注水，如图2-4所示。图1-3 长孔注水方式示意图a下向钻孔注水 b上向钻孔注水图1-4 双向长钻孔注水方式示意图长孔注水的优点：一个钻孔能湿润较大区域的煤体；注水时间长，湿润均匀；预注时注水与生产无干扰；经济。长钻孔注水的缺点：打钻技术较复杂；对地质条件的变化适应性差，易穿顶底板，不仅难以达到设计长度，而且还影响正常注水；封孔较复杂4.巷道钻孔注水巷道钻孔注水即由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷道向煤层打钻注水，如图2-5所示。在一个钻场可打多个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔。图1-5 巷道钻孔注水方法示意图a 由上煤层巷道向下煤层打钻注水 b由底板巷道向煤层打钻注水1巷道；2、3钻孔；4上煤层；5下煤层巷道钻孔注水的优点：钻孔少，湿润范围大；采用小流量、长时间的注水方法，湿润效果良好。巷道钻孔注水的缺点：岩石钻孔量大；不够经济；有时受条件限制，比如因邻近层巷道损坏而影响注水工作的正常进行，所以极少采用。1.3 煤层注水方式的选择选择注水方式，首先要考虑岩石压力的影响。长壁工作面采场受地压作用，在工作面前方形成了卸压带、集中应力带和正常压力带，如图2-6所示。短孔注水是在卸压带中进行，深孔注水是在集中应力带中进行长孔注水是在正常压力带中进行。卸压带媒体次生裂隙发育，透水性强，注水压力要求较低；集中应力带煤体裂隙不发育，孔隙率低，透水性弱，要求较高的注水压力；正常压力带煤体末受采动影响，只有原生裂隙和孔隙，注水压力一般低于深孔注水要求。图1-6 注水方式与岩层压力的关系其次要考虑煤层厚度、煤层倾角、有无断层、围岩性质及回采工艺、作业组织方式等。4种注水方式的适用条件：(1)短孔注水：有走向断层或煤层倾角不稳定的煤层，煤层较薄(0.7m)及围岩有吸水膨胀性质而影响顶底板管理时，采用短孔注水较为合理。国内外采用短孔注水方式的比例较小。(2)深孔注水：一般钻孔较长，其要求煤层赋存稳定。它具有适应顶底板吸水膨胀性质等特点。德国、法国、英国、日本、俄罗斯等国均广泛采用深孔注水方式，这种方式适用于采煤循环中有准备班或每周有公休日，以便在此期间进行注水工作。(3)长孔注水：一般认为长孔注水是最先进的注水方式，选择时应优先考虑，特别是回采强度大(如综机采煤时)和地质条件好的中厚和厚煤层更宜采用长孔注水方式；但在地质变化大的煤层，本方式受到较大的限制。这种方法被国内外广泛采用。(4)巷道钻孔注水：采用巷道钻孔注水的条件是在注水煤层的上、下部要有现成的巷道，且其他条件适宜。德国、比利时及我国龙风矿使用过这种注水方式。煤层注水防尘技术的应用，经多年研究和实践，已摸索出适合我国煤矿煤层条件和采掘部署的注水方式、注水工艺、注水参数和钻孔参数，实现了注水技术的多样化。我国研制了煤层注水专用的设备和仪表，实现了工艺技术与设备的配套，形成了煤层注水成套技术。1.4 效果分析1 降尘效果煤层注水的降尘效果表现为采煤时空气含尘量的降低，可按降尘率计算： 式中 G1 G2分别为煤层注水前，工作面某处尘源下风侧及上风侧的空气含尘量，mg/m3 G1 G2分别为煤层注水后，工作面某处尘源下风侧及上风侧的空气含尘量，mg/m3煤层注水的降尘效果与注水状况有直接关系。从我国一些矿井采用各种注水方式的降尘率情况来看，短钻孔注水的降尘率为4090，长钻孔注水的降尘率为6090。国外还对注水降低呼吸性粉尘作用作了考察：美国用计数法测定5m以下的煤尘，结果是降低了5070；法国在渗水性强的煤层中测定5m以下的煤尘，降少率为73，在中等透水性的煤层中，降尘率为47；前苏联的测定结果足3m以下的煤尘并未降低。2 其他效果（1）煤层注水能抑制瓦斯涌出，降低工作面和回风流的瓦斯浓度。（2）煤层注水能降低工作面的气温13。（3）煤层注水能降低煤的硬度，易于开采，提高生产效率：（4）煤层注水能降低炸药、雷管和截齿的消耗，降低采煤机的采煤功率（5）煤层注水能缓和冲击地压。（6）煤层注水使煤层受到充分湿润时能预防煤与瓦斯突出。1.5 前沿课题煤层注水致裂技术1煤层注水致裂技术是有别于传统煤层注水软化技术的新型技术,它改变了以往注水软化技术长孔、低压、稳流的特点,其技术原理及工作过程如下所述:1. 煤层注水致裂技术原理及主要工作过程（1）技术原理：利用高压水对钻孔周围煤层产生切割及致裂作用,达到压碎破坏煤层、减少采空区丢煤、提高工作面回采率的目的。主要表现在三个方面:一是通过高压水对钻孔周围煤层产生切割、致裂作用,达到致裂破碎煤层的目的,这是该项技术的核心;二是对致裂的煤层起到软化(渗润)作用;三是融解煤层生成过程中的胶解物,降低煤层的脆性。（2）工作过程：将橡胶封孔器插入注水钻孔后,开启高压注水泵,将高压水注入钻孔内,通过高压水的压力使封孔器橡胶部分膨胀变粗,封闭钻孔的同时,高压水沿金属头内小孔注入钻孔,对钻孔周围煤体进行切割及致裂,达到降低煤体硬度、提高煤层可放性的目的。2. 煤层注水致裂技术所需主要设备及型号煤层注水致裂技术所需设备比较简单,主要有:煤层高压注水泵,型号3D2A-SZ ,额定压力20 MPa ,额定流量135 L/min,额定功率45 kW。橡胶封孔器,长度1 m,外径(直径) 40 mm,内径(直径) 23 mm,端部金属头孔径5 mm。 普通套管钎子。外径为19 mm的高压注水胶管。3. 煤层注水致裂技术的优、缺点（1）煤层注水致裂技术的优点可在较短时间内提高工作面生产能力和回采率。在这方面,注水软化与注水致裂相比,虽然也能达到提高工作面生产能力和回采率的目的,但所需要时间较长(一般需要12个月) ,从目前各矿接续相对紧张的实际看,根本无法满足注水软化所需的时间。而注水致裂技术仅需要12 h ,在工作面常回采过程中,就可达到提高工作面生产能力和回采率的目的。可提高有效的工作时间。在实际工作中,采取深孔松动爆破,需要较长的打眼时间,特别是放炮过程中必须撤出工作面人员,导致硬帮开帮时间过长,减少了放煤时间。而煤层注水致裂技术需要施工的注水钻孔数量较少,打眼工在施工开帮眼时就可以完成;同时在对煤层注水过程中,不需要撤出作业人员,增加了放煤时间,提高了工作效率和经济效益,避免了深孔爆破对安全造成的危胁。可降低原煤生产的直接成本。该项技术与松动爆破技术比较,减少了火药、雷管的消耗;与注水软化技术比较,减少了工作面注水量,达到了少投入多产出的目的,可以降低煤炭生产的直接成本。可较好地降低煤层瓦斯含量。采用该项技术时,随着大量高压水注入,煤体原有的内部结构被破坏,煤体内自由面增多。煤体中含有的瓦斯,一方面水占据了空间而压出;另一方面根据气体易扩散的特性,瓦斯将沿着自由面扩散到上下两巷和工作面中,被风流稀释,客观上减少了煤体硬帮瓦斯涌出和采空区瓦斯积聚,降低了工作面发生瓦斯事故的概率。可预防煤层及采空区浮煤自燃。在对煤层和采空区浮煤自燃问题研究中,一般认为没有采取防火措施的煤体或采空区浮煤,当温度超过70后就已处于自燃状态的临界点,其温度将直线上升导致自燃发火;经过注水后的煤体或采空区浮煤在达到100左右,才会出现温度迅速升高自燃发火的现象。实践证明,采用煤体注水致裂技术,可以有效增加煤体含水量,提高煤炭自燃温度的起始点,达到预防煤层及采空区浮煤自燃发火的目的。可降低一线职工的劳动强度。在未采用该项技术前,部分顶煤较硬的放顶煤工作面为增加循环产量,均不同程度地采用了深孔松动爆破技术。但由于该项技术对顶煤破坏的范围相对较小,每循环都需要向硬帮打眼爆破,增加了职工的劳动强度和火药、雷管的消耗量。而采用此项技术后,每循环需要施工的注水钻孔数量减少,有效减轻了职工的劳动强度。可改善一线工人的作业环境。在众多采煤方法中,放顶煤开采工艺对一线工人危害最大的是放煤过程中产生的煤尘。而采用煤体注水致裂技术,有效增加了煤体的含水量,避免了工作面放煤过程中产生大量煤尘,改善了一线工人工作环境,减轻了工人的职业危害。（2）煤层注水致裂技术的缺点不适用于地质构造复杂的工作面。部分地质构造复杂的工作面由于煤层节理、裂隙较发育,且断层较多,煤体中自由面较多,在断层带附近放煤效果好,不需要采用此项技术。如果距断层较远处煤体较硬,出现顶煤不易放出的情况,应考虑采取深孔松动爆破技术,加以处理。工作面发生冲击地压后将影响其效果。工作面发生冲击地压后,局部煤体被切割压碎,在顶煤中仍存在大块而影响放煤效果。对于顶煤中的大块,由于其抵抗线较小,应用该项技术不能产生明显效果,因此,在实际操作中,应考虑采取其它办法加以处理。分段式注水2分段式注水封孔器结构及原理分段式注水封孔器结构见图1。图1-7分段式注水封孔器结构示意图1第二段封孔器进水胶管; 2第三段封孔器进水胶管; 3第一段封孔器进水胶管; 4拔出挂钩; 5进口钢套管; 6第一段封孔器;7带孔钢套管; 8第二段封孔器; 9第三段封孔器。分段式注水过程：首先,打开第一段封孔器进水阀门，封孔器膨胀封孔并向煤体注水,在煤壁或邻孔出水时关闭该段封孔器进水阀门；然后，打开第二段封孔器进水阀门,封孔器膨胀封孔并向煤体注水，与此同时，第一段封孔器仍处于膨胀状态，使破碎带里的煤体得到进一步湿润,注水完成后关闭该段封孔器进水阀门；再后,打开第三段封孔器进水阀门，封孔器膨胀封孔并向煤体注水,与此同时,第一段封孔器和第二段封孔器仍处于膨胀状态，使第一段封孔器和第二段封孔器封孔范围内煤体得到进一步湿润，注水完成后关闭该段封孔器进水阀门；最后，完成注水后卸载停泵，同时打开分段式注水封孔器的第一段封孔器、第二段封孔器、第三段封孔器的进水阀门，封孔器依靠自身弹力恢复原状,并利用钻孔内外压差,自动弹出钻孔。效果：1)煤体湿润半径随着注水压力的提高而增大，即提高注水压力有利于提高煤体湿润效果。2)在注水压力为19 MPa时,一段式封孔注水湿润半径为1. 6 m,两段式封孔注水湿润半径大于2 m,三段式封孔注水半径为大于2. 2 m。3)分段式封孔注水时,使卸压带、应力增高区和原岩应力带的煤体得到更充分的湿润,能有效地降低掘进作业时的粉尘浓度。2 净化风流 净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获净化风流的技术措施。日前使用较多的是水幕和湿式除尘器。2.1 水幕净化风流在含尘浓度较高的风流所通过的巷道中设置水幕，就是在敷设于巷道顶部或两帮的水管上间隔地安上数个喷雾器通过喷雾达到净化风流的目的，巷道水幕布置如图2-1所示。喷雾器的布置应以水雾布满巷道断面，并尽可能靠近尘源，缩小含尘空气的弥漫范围为原则。净化水幕应安设在支护完好、壁面平整、无断裂破碎的巷道段内。常见的净化水幕有以下儿种：(1)矿井总入风流净化水幕，在距井口20100m巷道内。(2)采区入风流净化水幕，在风流分叉口支流内侧2050m巷道内。(3)采煤凹风流净化水幕，在距工作面回风口1020m回风巷内。(4)掘进回风流净化水幕，在距工作面3050m巷道内。(5)巷道中产尘源净化水幕，在尘源下风侧510m巷道内。图2-1巷道水幕示意图1水管 2喷雾器水幕的控制方式可根据巷道条件选用光电式、触控式或各种机械传动的控制方式。选用的原则是既经济合理又安全可靠。水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。徐州董庄矿在距掘进工作面20、40和60m处各设了一道水幕，工作面含尘风流经第一道水幕后降尘率为60，经第二道水幕后降尘率为79，经第三道水幕后矿尘浓度只有0.78mg/m3；，降尘率达到986。2.2 除尘器所谓除尘器(或除尘装置)是指把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装置，又称集尘器或捕尘器。矿山常用除尘器通常可分为4大类：机械除尘器、过滤除尘器、电除尘器和湿式除尘器。(一)机械除尘器机械除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等，是利用重力、惯性力、离心力等作用原理分离捕集矿尘的这类除尘器结构简单、造价低、维护方便，但除尘效率低，占用空间较大，多作前级预除尘用。惯性除尘器分为碰撞式和回转式两种。前者是沿气流方向装设一道或多道挡板，含尘气体碰撞到挡板上使尘粒从气体中分离出来。后者是使含尘气体多次改变方向，在转向过程中把粉尘分离出来。(二)过滤除尘器过滤除尘器包括袋式除尘器、纤维层除尘器等。袋式除尘器应用广泛属于高效除尘器。过滤除尘器如果工作环境有淋水或矿尘含湿量大时，容易在过滤层上粘结，影响过滤性能。(三)电除尘器电除尘器是利用静电力分离捕集矿尘，除尘效率高，阻力较低，但设备比较复杂，费用较高。电除尘器不适于在有爆炸危险性气体或过于潮湿的工作环境中应用。（四）湿式除尘器通常，根据是否利用水或其他液体将含尘空气中的粉尘分离出来或净化含尘空气，除尘器可分为干式和湿式两大类。煤矿一般采用湿式除尘器，包括湿式过滤除尘器、湿式旋流除尘风机、MAD系列风流净化器、SCF系列湿式除尘机和文丘里除尘器等，其除尘机理主要是以水作为除尘介质利用粉尘与水滴或水膜的拦截、惯性碰撞和扩散等作用原理分离捕集矿尘。一般说来，湿式除尘器结构比较简单，体积比较紧凑，除尘效率较高。矿井的供水与排水系统比较方便，因此湿式除尘器选用的比较广泛。1湿式过滤除尘器它是利用化学纤维层滤料、尼龙网或不锈钢丝网作过滤层并连续不断地向过滤层喷射的水雾在过滤层上形成的水珠或水膜，把纤维层过滤和水珠、水膜的除尘作用综合在一起的除尘浆量。由于滤料中充满了水珠和水膜，气流中矿尘与之接触碰撞的几率增加，提高了捕尘效率。水滴碰撞附着在纤维上后，因自重而下降，在滤料内形成下降水流，将捕集的矿尘带下，起到了经常清灰的作用，能保持除尘效率和阻力的稳定，并能防止粉尘二次飞扬。湿式钢网过滤除尘器JTC-1型掘进通风除尘器，如图2-2所示。该除尘器由湿式过滤器、旋流脱水器组成。当含尘空气在负压作用下经伸缩风筒进入过滤器时，喷雾器喷射的密集水滴在过滤网目上形成的水幕将一部分粉尘捕捉下来；穿透过滤网的那部分粉尘和雾滴进人旋流器中后，借助旋流叶片的作用，载雾风流产生旋转，由于离心力的作用，含尘雾滴被甩向脱水筒的筒壁，在附壁效应和风流轴向力的作用下，进入环形脱水槽中，达到脱水和除尘的目的；净化后的空气被排入巷道中。除尘器处理风量为1.673.33m3/s。；干式除尘时的工作阻力为372.651176.80Pa，湿式除尘时的工作阻力为1372.931569.06Pa；干式除尘的除尘效率为9095，湿式除尘的除生效率为9598。 一般掘进工作面采用除尘器后，粉尘浓度可降至2mg/m3。图2-3 JTC-1型掘进通风除尘器1进水管； 2截止阀；3压力表；4湿式过滤器箱体；5脱水桶；6旋流叶片；7集水环；8闸阀；9排水管；10脱水器脚架；11过滤器；12泥浆槽；13脚架 2湿式旋流除尘风机这种除尘风机是利用喷雾水滴的湿润凝聚作用及旋流的离心分离作用除尘的矿用装置，其构造如图2-4所示，主要由湿润凝聚筒(a段)、通风机(b)段)、脱水器(c段)及后导流器(d段)4部分组成。含尘风流进入湿润凝聚筒与迎风流和顺风流安装的喷雾相遇，并通过含有水膜的冲突网，进入通风机；再与由高速旋转的发雾盘形成的水雾强力混合，几经湿润和凝聚后，在第二级叶轮的作用下产生旋转运动，进入脱水器；在离心力的作用下，水滴及湿润的矿尘被抛至脱水器筒壁，并被三个集水环阻挡而流到贮水槽中，经排水管排出，脱水净化的风流，由后导流器直接排出。冲突网是由2层16目的尼龙网组成，有效通风断面积为0.165m2图2-4 湿式旋流除尘扇风机机构示意图1压力表；2总入水管；3水阀门；4冲突网；5发雾盘水管；6节流管接头； 7电机挡水套；8脱水器筒体；9集水环；10后导流器导流片；11后导流器；12泄水管；13储水槽；14JBT-52型局部通风机；15发雾盘；16冲突网框；17观察门；18凝聚湿润筒；19喷雾器3.旋流粉尘净化器这是一种利用喷雾的湿润凝聚及旋流的离心分离作用的除尘装置，应用于掘进巷道的风流净化，净化器的结构如图2-5所示。图2-5 MAD-II型风流净化器结构示意图1吊挂环；2流线型百叶板；3支撑架；4带轴承叶轮；5喷嘴；6喷嘴给水环7风筒卡紧板；8卡紧板螺栓；9回收尘泥孔板；10集水箱；11回水N型管；12滤流器净化器整机为圆筒形构造，可直接安装在掘进通风风筒的任一位置，其进、排风口的断面应与所选用的风简断面相配合。在进风断面变化处安设圆形喷雾供水环，水环上成120安装3个喷嘴；简体内固定支撑架上的带轴承叶轮上安装有6个扭曲叶片，叶片扭曲斜面与喷嘴射流的轴线正交，叶片扭曲1020；排风侧设有45迎风角的流线型百叶板；简体下侧设有集水箱及N型排水管。净化器工作时，由矿井供水管路供水，水经过滤流器净化后，经供水环上的喷嘴喷雾。含尘风流由风简进入净化器后，因断面变大风速即降低，大颗粒矿尘自然沉降，与此同时，矿尘与喷雾水滴相碰撞而被湿润。在喷雾与风流的作用下，叶片旋转，风流也产生旋转运动，矿尘、雾滴和泥浆即被抛向器壁，流入集水箱，经排水管排出。未能被捕获的矿尘和雾滴又被迎风百叶板所阻拦，再次捕集分离。迎风百叶板前后设清洗喷雾，可定期清洗积尘。4.SCF系列湿式除尘机 SCF系列湿式除尘机主要用于掘进巷道长抽或长抽短压的通风除尘系统。SCF系列湿式除尘机由抽出式风机、除尘器、水泵及供水喷雾系统组成，内部结构如图2-6所示。其工作原理是利用叶轮高速旋转所形成的负压将含尘空气吸入在叶轮前喷雾，形成的尘雨经结构复杂的除尘器过滤后除尘。其对悬浮粉尘的除尘效率可达99，对呼吸性粉尘的除尘效率可达94。喷雾用水采用闭路循环方式，耗水量少。该除尘机可配用带钢性骨架的可伸缩抽出式风筒或金属风简。图2-6 SCF系列湿式除尘风机结构图SCF系列湿式除尘机可与CF系列轴流抽出式风机配套串联使用，以提高风压，加长通风距离。5PSCF水射流除尘风机PSCF水射流除尘风机是我国在通风除尘方面首次应用水射流技术的通风除尘设备。(1)工作原理：它摒弃了传统的机械式电动轴流抽风机产生风量、水幕降尘的方法，以压力水为动力，利用高速水射流喷射形成的负压将含尘风流吸入，风水合二为一，从而有效地捕捉粉尘，净化空气。(2)风机结构：如图2-7所示，该风机主要由引射装置(风机)、导风筒和泵站(供水系统)织成。图2-7 PSCF水射流除尘风机结构示意图1捕尘罩；2导风筒；3PSCF系列除尘风机；4导风筒；5渐扩风筒；6漏水排污筒；7渐扩风筒；8掘进机；9可调支撑架；10桥式皮带机11游动小车；12泵站；13拉杆主要特点：结构简单，重量轻，噪音低，安装和移动方便，维护量少，除尘率高；风机本身无转动部件，不产生摩擦和电火花，安全可靠；处理风量大小可调，调节方便：与处理风量相当的除尘风机相比，功耗少。6文丘里除尘器对于湿式除尘，当粉尘的粒径较小时，要获得较高的除尘效率，必须造成较高的气液相对速度和非常细小的液滴。文丘里除尘器(文氏管除尘器)就是适应这个要求应运而生的。文丘里除尘器的结构如图2-8所示，它由引水装置(喷雾器)、文丘里管(包括渐缩管2、喉管3和渐扩管4)及脱水器三部分组成，实现了除尘器的雾化、凝并和脱水三个过程。当含尘空气由入门风管1进入渐缩管2时，气流速度逐渐增加，在喉管3中气流速度最高(一般为40120m/s)，此时由于高速气流的冲击，喷雾器喷出的水滴进一步雾化(雾化过程)；在喉管中由于气液两相的充分混合，尘粒与水滴不断碰撞、凝并形成更大的颗粒(凝并过程)；气流在渐扩管4内内于速度逐渐降低，静压得到一定的恢复，已经凝并的尘粒经风管5进入脱水器6中后，由于颗粒较大，在一般的分离器中就可以将其分离出来(脱水过程)，气流得到净化。图2-8 文丘里除尘器1 入口风管；2渐缩管；3喉管；4渐扩管；5风筒；6脱水器；7喷嘴文丘里除尘器的除尘效率可达99左右。它具有体积小、构造简单和布置灵活的优点，缺点是阻力高、能量损失较大，一般常达2.944.90kpa，有时甚至高达9.8kPa。矿井中采这样高负压的风机，经济上不够合理，因此在技水上限制了这种除尘器的推广使用。（五）捕尘器1. 带捕尘罩或捕尘塞的孔口捕尘器带捕尘罩或捕尘塞的孔口捕尘器，适合于凿岩机打下向眼和水平眼时捕尘用。如图2-9所示，启动引射器l后，在捕尘筒7内产生较高负压。凿岩产生的粉尘在诱导气流的作用下，通过捕尘罩11或捕尘塞12，沿导尘管10以切向方向进入旋流器。在离心力的作用下被甩向器壁发生浓缩，较大的粉尘又在重力和轴向力的作用下，顺着器壁落入收尘袋8中，一些较细的粉尘经芯管5进入滤尘袋4中，在过滤、阻滞、拦截、静电等综合因素的作用下，得以净化。而净化的气流通过引射器l与压气混合一同排入大气。图2-9带捕尘罩或捕尘塞的孔口捕尘器的结构示意图1引射器；2阀门；3辊式振动器；4滤尘袋；5芯管；6进气嘴；7外筒；8收尘袋；9单腿支架；10导尘管；11捕尘罩；12捕尘塞2眼底干式捕尘器眼底干式捕尘器如图2-10所示。该型干式捕尘器利用压气引射器6的作用，将凿岩机打眼时眼底产生的岩尘沿钻头l上的孔眼经钻杆2中心孔、机体内钢管3、导尘管7进入旋风集尘筒9。在离心力的作用下，把部分较粗的岩尘分离出来，较细的岩尘再经滤袋10过滤、拦截，得到充分净化，排入巷道。图2-10眼底干式捕尘器工作系统示意图1钎头；2钎杆；3凿岩机体内钢管；4钢管接头；5凿岩机工作用压气管；6引射器；7导尘胶管；8引射器用压气管；9旋风集尘器；10织物滤袋；11压气总管2.3 前沿除尘器液动除尘器341 液动除尘器的结构 液动除尘器主要由喷雾装置、集流器、液动风机、脱水体及风向调节器等组成,见图2-11。图2-11液动除尘器结构图1集流器;2液压风机;3除尘脱水体;4风向调节器;5回油四通;6高压球阀;7高压胶管;8进油四通;9泄油管变头;10喷雾装置;11溢流阀。2除尘机理液动除尘器工作时,以掘进机提供的“富裕”高压油为动力,采用液压马达驱动风机,通过调节供油量,实现风机的无极调速,获得不同的处理风量。由液动风机高速旋转产生的抽吸负压,通过进风集流器将含尘气流吸入,与喷雾器喷射出的水雾相混合后进入风机。经过风机叶轮的搅动,含尘气流与水雾进一步混合,在风机的驱排作用下,含尘气流进入旋风导流体并产生高速旋转运动,粉尘经与水雾粒子相互作用被捕获;未被捕获的粉尘粒子在离心力的作用下被抛向除尘脱水装置壁面,与附着在除尘脱水装置壁面上不断向前运动的水膜相混合而被捕获,使粉尘粒子从含尘气流中得到分离。分离出的含尘污水进入污水箱,由排污管排出,得到净化的风流由排风口排出。KCS-250型矿用湿式过滤旋流除尘器5 1除尘器总体结构设计及工作原理除尘器的总体结构如图2-12所示,主要由洗涤过滤捕尘器、配套风机、脱水器、污水箱等部分组成。其工作原理是:启动配套风机2将含尘气流抽入除尘器中,含尘气流首先经过洗涤过滤捕尘器1的洗涤过滤捕尘作用,使粉尘和水充分接触,从而将大部分粉尘由气流中被捕集下来形成含尘污水,含尘污水和气流在风机动力的作用下,进入脱水器3和4脱水,在脱水过程中小部分没有被洗涤过滤捕尘器捕集的粉尘在强大离心力的作用下被进一步从气流中分离下来,被脱水器脱下来的水和粉尘的混合物通过污水箱5排出除尘器。图2-12KCS-250型矿用湿式过滤旋流除尘器总体结构图1洗涤过滤捕尘器;2配套风机;3,4脱水器;5污水箱。2主要技术指标KCS-250型矿用湿式过滤旋流除尘器的主要技术指标见表2.1。3 效果1)采用两级除尘技术，显著提高了除尘器的除尘效率，其总粉尘除尘效率99. 03，呼吸性粉尘除尘效率90. 06%。2)采用正压离心复合挡板脱水技术减小了除尘器的体积，更适合于我国煤矿井下综掘工作面的生产技术条件。3)在国内首次采用斜流风机作为除尘器的配套风机，加大了除尘器的处理风量适应范围，同时也缩小了除尘器的体积。4)现场使用该除尘器后，综掘工作面总粉尘降尘效率达91. 27%，采煤工作面回风巷总粉尘降尘效率达到90. 74%，呼吸性粉尘的降尘效率达到了88. 15%。3湿式作业3.1 湿式凿岩湿式凿岩是普通掘进工作而综合防尘技术的重要内容。其实质是，在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的粉尘。据实测：湿式凿岩的除尘率可达90左右，并能将凿岩速度提高1525。由于掘进过程中的矿尘主要来源于凿岩和钻眼作业因此湿式凿岩、钻眼能有效降低掘进工作面的产尘量。湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。中心供水是在钻机中心装有水针，水针前端插入钻钎尾部的中心孔，后端与弯头及供水管相连凿岩时打开水阀，压力水经水针进入炮眼底，以湿润和冲洗粉尘；旁侧供水是从风钻机头的侧面直接向钎尾供水，凿岩时打开水阀，压力水从供水管进人供水套，经过橡胶密封圏的水孔和钎尾侧孔流入钎杆水孔直达炮眼内。岩石电钻多采用旁侧供水方式。旁侧供水方式与小心供水方式相比，虽然能将纯凿岩速度提高2028，使作业地点粉尘浓度降低47，且对于10 mg/m3时自动喷雾,直至降到报警浓度以下,喷雾自动停止,报警解除;报警浓度参数可根据实际情况进行修改。(3)地面监测及信息处理功能:与KJ31N型安全监控系统联网,在KJ31N型安全监控系统地面显示子系统中显示井下粉尘浓度的实时变化状况,可进行历史数据存储查询、按要求生成报表和按阶段绘制曲线,并能实现数据存储、打印功能。(4)故障自动提示报警功能:如果粉尘浓度超限报警但自动喷雾阀门被关闭而没有实现喷雾时,可向现场发出打开喷雾水阀的语音报警信号;系统出现故障时能够实现地面报警。综采工作面智能喷雾除尘控制系统71 系统组成综采工作面智能喷雾除尘系统控制装置由ZPDHA型防爆电磁阀、KXJ型矿用防爆电源箱、KPZC/A型主移架触控传感器(与本架防爆电磁控制阀配接)、KPZC/B型从移架触控传感器、KCP4型万向扇形喷雾组件、KGL型主过滤器、主供水管路、主阀门、支供水管路、支管路阀门及快接三通等部件组成。2系统工作原理(1)割煤作业时的自动喷雾除尘(架间自动喷雾)。采煤机割煤作业时，安装于采煤机上的定位信号发生器将采煤机位置信号发送至固定在液压支架上的防爆电磁控制阀的采煤机位置传感器，防爆电磁控制阀将采煤机位置信息通过通讯电缆传送至，防爆控制电源箱按预先设定的参数和功能进行计算与程序控制，根据采煤机的运行位置，在其风流下方自动顺序开启或关闭多道扇形强雾，并跟随采煤机的运行位置移动，对割煤作业产生的大量粉尘进行有效阻隔和高效除尘，实现采煤机架间喷雾智能化，使综采工作面防降尘达到高效、智能、合理的目的。(2)移架作业时的自动喷雾除尘(移架自动喷雾)。工作面移架作业时，主、从移架传感器将升、降架信号发送至防爆电磁控制阀，并通过通讯电缆将升、降架信息传送至防爆控制电源箱，防爆控制电源箱根据所移支架的位置，在其风流下自动开启或关闭扇形强雾进行喷雾降尘，实现工作面移架智能喷雾除尘。降架、升架时，主、从移架传感器通过防爆电磁控制阀将降架信号发送至防爆电源箱，防爆控制电源箱根据所移支架的位置，在其风流下方开启扇形强雾进行喷雾降尘，对移架作业时产生的粉尘进行高效除尘，经延时后关闭当前移架除尘喷雾。效果(1)综采工作面智能喷雾除尘控制系统采用国内首创的采煤机跟踪定位技术，实现割煤、移架的智能化防尘喷雾，对工作面采煤或移架作业时产生的大范围高浓度粉尘实现多道阻隔和高效除尘。(2)综采工作面智能喷雾除尘控制系统可以控制喷雾自动开启，及时快速的降尘，同时在喷雾延时一定时间后能够自动关闭，避免了因喷雾关闭不及时而恶化工作面作业环境和煤质下降的现象，同时也节约了水资源。(3)系统每5架安装1套喷雾装置，与原先的每架安装1套喷雾装置相比，节省了80%的喷雾装置投入。(4)系统具备了故障自查功能，可以从系统控制箱的面板上直接得到发生故障的支架，维护方便。液压支架拉架架间喷雾除尘自动化8自动喷雾装置工作原理 自动喷雾装置示意图如图3-9图3-9 液压支架放煤移架自动喷雾系统图1#支架放煤操纵阀控制2#支架放煤，3#支架喷头自动喷雾，2#支架放煤操纵阀控制3#支架放煤，4#支架喷头自动喷雾，即动作头一组支架时，第二架放煤，第三架自动喷雾，依此类推。其工作原理：放煤操纵阀液体一路进入放煤缸上腔，使放煤插板收回，实现放煤，另一路液体打开液控单向阀，冷却水经单向阀到邻架喷头，实现自动喷雾，放完煤后，放煤插板伸出，单向阀关闭，喷雾结束。1#支架移架，2#支架喷头自动喷雾，2#支架移架时，3#支架喷头自动喷雾，依此类推，其工作原理：移架操纵阀液体一路进入推拉缸上腔，使支架向前移动，另一路液体打开单向阀，冷却水经单向阀到邻架喷头，实现自动喷雾，操纵阀恢复中位，单向阀自动关闭，喷雾结束。喷头组有三个喷嘴，纵向布置在支架上，形成喷雾墙，这样喷雾降尘效果更好，也可根据井下实际工作情况设计喷嘴。4 个体防护井下各生产环节采取防尘措施后，仍有少量微细矿尘悬浮于空气中，甚至个别地点不能达到卫生标准，所以加强个体防护是综合防尘措施的一个重要方面。我国煤矿使用的个体防尘用具主要有防尘口罩、防尘安全帽和隔绝式压风呼吸器，其目的是使佩戴者既能呼吸到净化后的清洁空气，又不影响正常操作。1简易式防尘口罩简易式防尘口罩结构简单，滤料可采用氯纶起绒布、无纺布、合成超细纤维无纺滤料等。为使口罩与颜面密合并形成一定空间，应有一定造型的缝合制品。在缝合时，外表面可增加纱布层或带气眼的人造革层，内部加塑料支架，以改善吸气时的糊气感；热压成型制品由无纺滤料在模具中热压而成，表面有数条凸起的沟槽，接触鼻梁处有软金属(铝)条，佩戴后用手指按压与颜面密合。简易式防尘口罩适用于氧气浓度不低于18且无其他有害气体的作业环境，长时间使用时，由于呼吸气中水汽沾湿滤料，会使呼吸阻力增加。该产品虽佩戴方便但不易清洗或更换，故多为一次性产品。2. 复式防尘口罩复式防尘口罩结构较复杂(图4-1)，主要由面具1、过滤盒2和呼气阀3组成。面具l是用橡皮模压制而成的，边缘包有泡沫塑料，能较严密地紧贴面部；口罩下部两侧各有一个进气口朝下的过滤盒2，盒里装有滤布或滤纸，用以截住粉尘；口罩下部中央为呼气阀3。吸气阀和呼气阀均为单向阀，吸气时呼气阀关闭，新鲜空气经吸气口、滤布或滤纸进入体内；呼气时吸气阀关闭，呼出的气体经呼气阀排出。 复式防尘口罩对作业环境空气的要求与简易式防尘罩相同，复式防尘口罩佩戴舒适、便于清洗，更换滤料后可重复使用。图4-1 复式防尘口罩1面具；2过滤盒；3呼气阀3 AFM-1型防尘安全帽近年来，煤科总院重庆分院研制出AFM-1型防尘安全帽(头盔)或称送风头盔如图4-2所示。AFM-1型送风头盔与LKS-7.5型两用矿灯匹配，在该头盔间隔中，安装有微型轴流风机1、主过滤器2、预过滤器5，面罩可自由开启，由透明有机玻璃制成。送风头盔进人工作状态时环境含尘空气被微型风机吸人，预过滤器可截留8090的粉尘，主过滤器可截留99以上的粉尘，主过滤器排出的清洁空气，一部分供呼吸，剩余的气流带走使用者头部散发的部分热量，由出口排出。AFM-1型送风头盔的技术特征：LKS-7.5型两用矿灯电源，可供照明11h、同时供微型风机连续工作6h以上，阻尘率大于95；净化风量大于200L/min，耳边噪音小于75dB；安全帽头盔、面罩具有一定的抗冲击性；该产品可在温度为035和相对湿度为95%的条件下使用。图4-2 AFM-1型防尘安全帽1轴流风机；2主过滤器；3头盔；4面罩；5预过滤器4 AYH系列压风呼吸器AYH系列压风呼吸器是一种隔绝式的新型个人和集体呼吸防尘装置。它利用矿井压缩空气经离心脱去油雾、活性炭吸附等净化过程中，再经减压阀同时向多人均衡配气供呼吸。压风式防尘呼吸器的特点是气源来自作业环境以外的空气，与作业环境隔绝不受环境空气的影响，因而可满足各种防尘、防毒、缺氧供气作业环境的需要。劳动者可直接吸人新鲜空气，感觉凉爽清新，既防尘又防毒，但佩戴者需拖一根送风管，作业活动受到一定限制，要有专人配合使用以防发生意外。目前生产的AYH系列压风呼吸器有AYH1型、AYH2则和AYH3型三种型号。该系列产品安装简便，可直接就近安装在压风管路上，而不需另设供气装置和管路。现场可根据作业地点、环境条件进行选用。 5 除尘新技术91化学除尘剂在水喷雾除尘过程中，雾滴捕尘经历了与粉尘惯性碰撞和拦截、接触或扩散润湿、凝聚和重力沉降分离等四个过程，其中使粉尘沉降是主要目的。化学降尘剂是一种高效的表面活性剂，它的分子结构中具有亲水和亲油两个亲和基因团，很容易受水分子的排挤而从内部向外迁移并富集于表面，形成亲水基朝内疏水基朝外的低自由能表面，从而降低了水的表面张力。通过实验测定证实：只要添加0.1%的降尘剂，可使水的表面张从71dyn/cm2降到3040 dyn/cm2。对固体物而言，由于水的表面张力下降，吸附结果降低了固体（煤）和流体（水）之间的界面自由能，从而改善了煤的表面润湿性能，提高了降尘能力。经实验证明：降尘剂在喷嘴压力一定时的成雾过程中，界面吸附形成的低表面张力能够减少雾滴粒径，增加雾滴滴数，提高碰撞捕集概率，有助于提高降尘能力。经实验证明：降尘剂还有助于粉尘穿过小的雾滴表面，防止水表面形成尘埃的薄膜，使较少量的水发挥更大的作用。我国矿山应用的除尘剂有渗透剂JFC，洗净剂741、除尘剂HY、除尘剂CHJ-1、除尘剂DLA、湿润剂SR-I等。2 磁化水降尘技术水是一种抗磁性的物质，由成对的电子的分子组成，在磁场中都存在着一个微弱的排斥力，当外加一个磁场后，能使原来的抗磁性物质发生磁化，并建立起与原有磁场相反的磁矩。这一外加的磁矩使水的内聚力下降，也就是使水的粘度和表面张力下降。磁化处理后，降低了水的硬度、电导率，净化了水质和提高了水的渗透压力，更主要的是改变了水的晶格结构，使复杂的长链变成短链结构，从而使水珠便细变小，提高雾化程度，增加了与粉尘的碰撞凝聚机会，特别是对呼吸性粉尘的捕捉能力加强。磁化水可提高固液界面的吸附作用和润湿作用，其降尘效果十分显著。根据前苏联的实验结果证实：水流过磁场强度为2 200 Oe（1 Oe相当于(1000/)A/m）的磁化器时，流速为0.30.5 m，与未磁化的水相比，对岩尘而言除尘效果可提高23倍，对煤尘可提高1.8倍左右。磁化设备比较简单，一次建成后可长期使用。目前，我国煤矿推广应用的磁水器主要有：TFL型高效磁化喷雾降尘器、RMJ型系列磁水器等。3 超声雾化技术这种除尘方法的特点是在局部密闭的产尘点中，安装利用压缩空气驱动的超声波雾化器，当高速气流冲击雾化器的共振腔时，在气流出口与腔之间由于聚能而产生超声场，泵水入超声场时，水迅速被雾化成浓密的微细水雾，这种雾的粒径比普通喷雾器喷出的雾的粒径（200600m）小10倍。雾迅速捕集凝聚微细粉尘，使粉尘特别是呼吸性粉尘很快沉降在产尘点，实现就地抑尘。由于其捕尘机理与普通喷雾捕尘完全不同，在捕尘中耗水量极少，被称为超声干雾捕尘，避免了使用干式、