煤矿掘进工作面的防尘设计论文

1 目 录 1 绪 论 . 3 矿尘及其性质 . 3 矿尘的危害 . 3 影响矿尘产生量的因素 . 4 2 现代化矿山综合防尘技术原理 . 6 物理化学降尘技术原理 . 6 通风除尘 . 7 湿式作业 . 9 净化风流 . 11 个体防护 . 11 3 除尘方案确定的原则 . 13 除尘系统的选择 . 13 除尘设备的选用 . 14 4 掘进工作面防尘设计 . 17 工程概况 . 17 煤层及瓦斯 . 17 掘进工作面尘源及粉尘性质分析 . 17 掘进工作面除尘设计 . 19 5 技术经济分析 . 28 投资费用 . 28 系统的经济性分析 . 29 参考文献 . 32 2 摘 要 掘 进 工作面是煤矿最主要的产尘点之一。随着机械化掘进程度的不断提高，巷道断面的不断加大，采用单一的降 (除 )尘技术和措施越来越不能满足生产的需要。本论文的论题是掘进工作 面 的综合除尘设计。它主要讲采掘机截割粉尘的成因及控制方法的研究。论文从掘进工作面粉尘的构成入手，确定了掘进工作面粉尘产生的根源 通过对截齿破煤机理 ,煤层性质 , 截齿类型与参数 ,工作机构结构与参数 ,掘进机工作方式等方面的研究 ,以及对大量的粉尘检测数据的收集 ,分析 ,建立了掘进机截割粉尘 间的 关系。 关键词 ：呼吸性粉尘 浮游矿尘 沉积矿尘 矿尘粒度 矿尘的分散度 矿尘的湿润性 最低排尘风速 最优排尘风速 比表面积 3 1 绪 论 矿尘及其性质 矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为： 采煤工作面产尘量占 45 80；掘进工作面产尘量占 20 38，锚喷作业点产尘量占10 15；运输通风巷道产尘量占 5 10，其他作业点占 2 5。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。 矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘、烟尘、水泥尘等多种有机、无机粉尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。 1 1 1 按矿尘粒径划分 （ 1）粗尘：粒径大于 40当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。 （ 2）细尘：粒径 10 40眼可见，在静 止空气中作加速沉降。 （ 3）微尘：粒径 10光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。 （ 4）超微尘：粒径小于 用电子显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。 1 1 2 按矿尘的存在状态划分 （ 1）浮游矿尘：悬浮于矿内空气中的矿尘，简称浮尘。 （ 2）沉积矿尘：从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称落尘。 浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化。浮尘在空气中飞扬的时间不仅与尘粒的大小、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。 1 1 3 按矿尘的粒径组成范围划分 （ 1）全尘 (总粉尘 )：各种粒径的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为 1下的尘粒。 （ 2）呼吸性粉尘：主要指粒径在 5下的微细尘粒，它能通过人体上呼吸道进入肺区，是导致尘肺病的病因，对人体危害甚大。 尘的危害 矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面： 1 2 1 污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。 工人长期吸入矿尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病，而尘肺病引发矿工致残和死亡人数在国内外都十分惊人。据我国某矿务局统计，尘肺病的死亡人 4 数为工伤事故死亡人数的 6 倍；联邦德国煤矿死 于尘肺病的人数比工伤事故死亡人数大10 倍。 些矿尘 (如煤尘、硫化尘 )在一定条件下可以爆炸。 煤尘能够在完全没有瓦斯存在的情况下爆炸，对于瓦斯矿井，煤尘则有可能参与瓦斯同时爆炸。煤尘或瓦斯煤尘爆炸，都将给矿山以突然性的袭击，酿成严重灾害。 1 2 3 加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。 随着矿山机械化、电气化、自动化程度的提高，矿尘对设备性能及其使用寿命的影响将会越来越突出，应引起高度的重视。 1 2 4 降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。 在某些综采工作面割煤时，工作面煤尘浓度高达 4000 8000 /的甚至更高，这种情况下，工作面能见度极低，往往会导致误操作，造成人员的意外伤亡。此外，煤矿向大气排放的粉尘对矿区周围的生态环境也会产生很大影响，对生活环境、植物生长环境可能造成严重破坏。 影响矿尘产生量的因素 影响矿尘产生量的因素主要包括以下两个方面： 然因素 （ 1）地质构造 地质构造破坏严重的地区，断层、褶曲比较发育，煤岩较为破碎，矿尘的产生量大。 （ 2）煤层赋存条件 同样技术条件下，开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量大；开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的 产尘量多。 （ 3）煤岩的物理性质 节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩，开采时产尘量较大；反之则小。 产技术因素 （ 1）采煤方法 不同的采煤方法，产生量也不一样。如：急倾斜煤层采用倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量要大的多；全部冒落法管理顶板比充填法管理顶板产尘量要大。 （ 2）机械化程度 机械化程度越高，煤岩破碎程度越严重，产尘量就越大。 （ 3）开采强度 随着开采强度的加大，采掘推进速度加快，产量增加，产尘量将显著加大；同时，由于矿井的风量加大，风速 加快，扬起积尘且飘浮时间长，传播远，矿内空气中的矿尘浓度将增大。 （ 4）开采深度 5 随着开采深度的增加，地温增高，煤（岩）体内原始水分降低，煤（岩）干燥，开采时产尘量就大。 （ 5）通风状况 风速太小，不能将浮尘带出矿井。风速过大，又将积尘扬起。单从降尘角度考虑，工作面风速以 s 较好，产尘最少。 6 2 现代化综合防尘技术原理 物理化学降尘技术 原理 自 20 世纪 60 年代在国外井下矿山应用表面活性剂降尘以来，物理化学降尘技术得到了迅猛发展。中国是从 20 世纪 80 年代开始试验并推广应用湿润剂等物理化学降尘技术的，目前已在井下进行实验与应用的物理化学防尘方法主要有：水中添加湿润剂降尘、泡沫除尘 及 磁化水降尘等。 2 1 1 添加湿润剂降尘 在以水为主体的湿式综合防尘中，因粉尘具有一定的疏水性，水的表面张力又较大，对 2径粉尘捕获率只有 1 28左右， 2径以下的粉尘捕获率更低，为了提高水对呼吸性粉尘的捕获率，国内外很重视湿润剂除尘的研究，取得了一定进展，且应用日益广泛。 添加湿润剂除尘机理：湿润剂是于亲水基和疏水基两种不同性质基团组成的化合物，溶于水后其分 子完全被水分子包围，亲水基 端被水分子吸引，疏水基一端被水分子排斥，在水溶液表面形成界面吸附层，而使水与空气接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时伸向空气的疏水基与粉尘粒子之间有吸附件用，而把尘粒带入水中，得到充分湿润。 添加湿润剂还可应用于其它各种湿式作业生产环节，如用于喷雾降尘。 沫除尘 20 世纪 70 年代中期，英国最先开展有关泡沫除尘的研究，此后，美国、前苏联、前西德、日本等国相继进行了试验与研究，取得了一定的成果。近年来，中国已在潞安、汾西、铁法等矿务局进行了研究与试验，取得了良好 效果。 泡沫除尘原理：利用表面活性剂的特点，使其与水一起通过泡沫发生器，产生大量的高倍数的空气机械泡沫，利用无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源。泡沫除尘原理包括拦截、粘附、湿润、沉降等，几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，尤其对微细粉尘具有更强的聚集能力。泡沫的产生有化学方法和物理方法两种，除尘的泡沫一般是物理方法的，属机械泡沫。 泡沫除尘可应用于综采机组、掘进机组、带式运输机以及尘源较固定的地点，一般泡沫除尘效果较高，可达 90%以上，尤其是对降低呼吸性粉尘效果显著。 2 1 3 磁化水降尘 目前，国内外对水系磁化技术 的应用日趋广泛，水系磁化这门边缘学科引起各领域的高度重视。前苏联最先进行了磁化水除尘试验，并与常水降尘率进行了对比，其平均降尘率可提高 。中国是从 20 世纪 80 年代开始在井下进行有关实验研 7 究的。 磁化水降尘原理：水经磁化后，物理化学性质可发生暂时的变化。水的粘度减低，吸附能力、溶解能力及渗透能力增加，再加上水珠变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，提高降尘效率。 磁化水除尘优点包括：设备简单、安装方便、性能可靠，成本低，易于实施。 除上述理化除尘方法外，国内外一些粉尘研究 部门还在探讨超声波除尘、电离水除尘、 荷电水雾降尘技术等，均取得了一定的进展和成效。 通过以上的实习内容 ,就煤矿综合除尘来说 低空气中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。多年来我国煤矿一直侧重于对矿尘污染的末端治理，多采用以风水为主的防尘技术措施，随着科学技术的飞速发展，认识到从矿尘的源头抓起，控制矿尘源并减少矿尘源的产生以及实行生产的全过程控制是解决矿尘问题的根本途径。首先必须改革工艺设备和工艺操作方法，从根本上杜绝和减少有害物的产生 以消除或控制尘源。在此基础上再采用合理的通风除尘措施，建立严格的检查管理制度，这样才能有效地防治粉尘。 大体上煤矿目前综合防尘技术措施包括技术措施和组织措施两个方面，其基本内容为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施；科学管理、建立规章制度，加强宣传教育，定期进行测尘和健康检查。下面主要讨论有关技术措施方面的内容。 通风除尘 通风除尘是指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度，因此搞好矿井通风工作能有效地稀释和及时地排出矿尘。 决定 通风除尘效果的主要因素是风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。风速过低，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不易排出；风速过高，能将落尘扬起，增大矿内空气中的粉尘浓度。因此，通风除尘效果是随风速的增加而逐渐增加的，达到最佳效果后，如果再增大风速，效果又开始下降。排除井巷中的浮尘要有一定的风速。我们把能使呼吸性粉尘保持悬浮并随风流运动而排出的最低风速称为最低排尘风速。同时，我们把能最大限度排除浮尘而又不致使落尘二次飞扬的风速称为最优排尘风速。一般来说，掘进工作面的最优风速为 ，机械化采煤工作面为 。规程规定的采掘工作面最高容许风速为 4m/，不仅考虑了工作面供风量的要求，同时也充分考虑到煤、岩尘的二次飞扬问题。 随着掘进机械化水平的提高，掘进工作面的瓦斯涌出量和产尘量急剧上升，单一的压入式通风方式将会使大量的粉尘吹出工作面，造成有人工作的巷道及回风系统被严重污染，直接影响着工人的身体健康。由工作面吹出来的粉尘逐渐沉积下来也是矿井安全 8 的一大隐患。故单一的压入式通风方式已不能适应除尘要求。可采用以下两种通风除尘系统：长压短抽通风除尘系统和长抽通风除尘系统。 2 2 1 长压短抽除尘系统 该系统以压入式通风为主，在工作面附近以短抽方式将工作面的含尘空气吸入除尘器就地净化处理（如图 1这种系统的优点是：通风设备简单，风筒成本低，管理容易；新鲜风流呈射流状作用到工作面，作用距离长，容易排除工作面局部瓦斯积聚和滞留粉尘；通风和除尘系统相互独立，在任何情况下不会影响通风系统正常工作，安全性能好等。缺点是：巷道内仍有一 。 定程度的粉尘污染，除尘设备移动频繁。这种系统主要适用于机械化掘进工作面。 抽通风除尘系统 该系统以长距离抽风的方式将工作面的含尘空气抽出，经安置在巷道回风流中的除尘 局部通风机净化排至巷道。如果回风巷是不行人的巷道，便可改用抽出式局部通风机直接将含尘风流抽入回风流，如图 1示。 长抽通风除尘系统又可分为以下两种形式： （ 1）前抽后压通风除尘系统，如图 1示，主要适用于机掘工作面。 （ 2）前压后抽通风除尘系统，如图 1示，主要适用于炮掘工作面，对锚喷支护巷道效果甚好。 长抽通风除尘系统具有进入巷道的新鲜风流不受污染、劳动条件好的优点。其缺点是：抽出式风筒大，成本高，阻力大，要求局部通风机风量大、负压高；风筒中会产生粉尘沉积和积水现象，维护管理较复杂；风筒进风口 的抽风作用范围小。 图 1压短抽通风除尘系统 图 1长抽通风除尘系统 1 长压局部通风机； 2 除尘局部通风机； 压 入式风筒口距工作面的距离； 1 除尘局部通风机 抽出式风筒口距工作面的距离； 压入式风筒口与除尘器重叠段距离 9 图 1前抽后压通风除尘系统 图 1前压后抽通风除尘系统 1 除尘局部通风机； 2 压入式局部通风机 1 除尘局部通风机； 2 压入式局部通风机 风工艺要求 （ 1）压、抽风筒口相互位置的关系，包括： 长压短抽时： S（ S 为巷道段面积）； S； m。 前抽后压时： S（ S 为巷道段面积）； 般 10 20m； m。 前压后抽时： m； 般 10 20m； 0m。 （ 2）压、抽风量的配合，包括： 长压短抽时：压入式风筒出口风量应比抽出式风筒入口风量大 20% 30%，以保证工作面不出现循环风。 长抽短压时：抽出式风筒入口风量应比压入式风筒出口风量大 20% 50%，以 保证重叠段区域内巷道的风速不低于煤矿安全规程的规定。 抽出风量是保证吸尘效果的主要参数，抽出风量大，对工作面的排尘效果好；反之，会影响工作面的排尘效果。一般根据除尘和工作面通风的需要，综合考虑压、抽风量。 （ 3）长压局部通风机和长抽除尘局部通风机的安装位置，包括： 长压局部通风机应安装在掘进巷道口进风侧，距巷道口的距离大于 10m。 长抽或长抽短压除尘局部通风机应安装在掘进巷道回风侧，距巷道口距离大于10m。 当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风；而当以排除粉尘为主的井筒掘进时，宜 采用抽出式通风。 湿式作业 湿式作业是利用水或其它液体，使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量，除缺水和严寒地区外，一般煤矿应用较为广泛，我国煤矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，配合喷雾洒水、水封爆破和水炮泥以及煤层注水等防尘技术措施。 10 2 3 1 湿式凿岩、钻眼 该方法的实质是指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、冲洗和排出产生的矿尘。在煤矿生产环节中，井巷掘进产生的粉尘不仅量大，而且分散度高，而掘进过程中的矿尘又主要来源于凿岩和钻眼作业。据实测：干式钻眼产尘量约占掘进总产尘量的 80 85，而湿式凿岩的降尘率可达 90左右，并能提高凿岩速度 15 25。因此，湿式凿岩、钻眼能有效降低掘进工作面的产尘量。2 3 2 洒水及喷雾洒水 洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。当矿尘被水湿润后，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，附着性增强，矿尘就不易飞起。在炮采炮掘工作面放炮前后洒水，不 仅有降尘作用，而且还能消除炮烟、缩短通风时间。煤矿井下洒水，可采用人工洒水或喷雾器洒水。对于生产强度高、产尘量大的设备和地点，还可设自动洒水装置。多用于湿式凿岩、湿式钻眼等作业和煤岩的装、运作业。 喷雾洒水是用水捕捉悬浮于空气中矿尘的技术措施。喷雾洒水的工作机理是：将压力水通过喷雾器（又称喷嘴），在旋转或（及）冲击的作用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中；在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，在重力作用下下沉；高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；将已沉落的尘粒 湿润粘结，使之不易飞扬。影响喷雾洒水捕尘效率的主要因素包括雾体的分散度、水滴与尘粒的相对速度、水压、单位体积空气的耗水量、粉尘的密度、空气含尘浓度和粉尘的湿润性等。主要包括采掘机械的内、外喷雾洒水和井巷定点喷雾洒水。 掘进机喷雾洒水 掘进机喷雾分内外两种。外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾则通过掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬间将其抑制。掘进机的外喷雾采用高压喷雾时，高压喷嘴安装在掘进机截割臂上，启动高压泵的远程控制按钮和喷雾开关均安装在掘进机司机操纵台上。掘进机截割时， 开动喷雾装置；掘进机停止工作时，关闭喷雾装置。 2 3 3水炮泥和水封爆破 水炮泥就是将装水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼内，爆破时水袋破裂，部分水借助于爆破产生的压力压入煤层裂隙中湿润煤体，部分水在高温高压下汽化；放烟后，温度降低，水蒸气冷却成雾滴，碰撞、湿润尘粒，从而达到降尘的目的。采用水炮泥比单纯用土炮泥时的矿尘浓度低 20% 50，尤其是呼吸性粉尘含量有较大的减少。水炮泥的塑料袋是用无毒、不燃的聚乙烯塑料薄膜热压成型的，有一定的强度。水袋封口是关键，目前使用的自动封口水袋。装满水后，和自行车内 胎的气门芯一样，能将袋口自行封闭。 11 水封爆破是将炮眼的爆药先用一小段炮泥填好，然后再给炮眼口填一小段炮泥填好，两段炮泥之间的空间，插入细注水管注水，注满后抽出注水管，并将炮泥上的小孔堵塞。 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，将矿尘捕获的技术措施。目前使用较多的是水幕和湿式除尘装置。 2 4 1 水幕净化风流 水幕是在敷设于巷道顶部或两帮的水管上间隔地安上 数个喷雾器喷雾形成的，如图 1雾器的布置应以 水幕布满巷道断面为原则，并尽可能靠 近尘源，缩小含 尘空气的弥散范 围。 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。一般安设位置为： 矿井总入风流净化水幕：距井口 20 100m 巷 道 内； 图 1道水幕示意 采区入风流净化水幕：风流分叉口支流里侧 20 50m 巷道内； 采煤回风流净化水幕：距工作面回风口 10 20m 回风 掘进回风流净化水幕：距工作面 30 50m 巷道内； 巷道中产尘源净化水幕：尘源下风侧 5 10m 巷道内。 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。在徐州董庄矿曾做过试验，在距掘进工作面 20、40 和 60 m 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 59 经第二道水幕后降尘率为 80，经第三道水幕后，矿尘浓度只有 尘率达到 2 4 2 湿式除尘装置 除尘装置（或除尘器）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量，又称集尘器或捕尘器。根据是否利用水或其他液体，除尘装置可分为干式和湿式两大类。煤矿一般采用湿式除尘装置，其工作原理是通过尘粒与液滴的惯性碰撞进行除尘。 个体防护 个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。个体防护的用具主要有防尘口罩、防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器等，其目的是使佩戴者能呼吸净化后的清洁空气而不影响正常工作。 矿井要求所有接触粉尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是：阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野，普通纱布口罩阻尘率低，呼 12 吸 阻力大，潮湿后有不舒适的感觉，应避免使用。防尘安全帽防治效果较好，它可以截留 99%以上的粉尘。此外压风呼吸器是一种隔绝式的新型个人和集体呼吸的防护装置。它利用的矿井压缩空气，在经离心力作用脱去油雾和活性炭吸附过滤等净化过程后，经减压阀同时向多人均衡配气以供呼吸。 个体防护不可以也不能完全代替其他防尘技术措施。鉴于目前绝大部分矿井尚未达到国家规定的卫生标准的情况，采取一定的个体防护措施是必要的。 目前，传统的内外喷雾除尘技术还存在着可靠性低效果差等问题，而体积庞大的巷道除尘风机又因结构复杂，占用工作面面积的空 间大，费用高而难以在只有中小断面的我国广泛使用；降尘技术随使部分粉尘降于地面，但是爆破和其他震动冲击仍能使大量粉尘在短时间内飞扬，达到爆炸浓度而发生爆炸；而为了减少落尘的爆炸性危害而采取的防爆措施，无疑会使生产成本增加。在这五类防尘措施中，减尘措施是防尘工作治本性措施，是实现粉尘浓度达到国家标准的根本措施，在矿井防尘技术措施中应优先考虑采用。 13 3 除尘方案确定的原则 除尘方案的确定，就是选择最优的除尘系统，在满足除尘要求的条件下，尽量做到除尘设备的最佳配置，综合考虑各种因素，尽量满足技术和经济合理。 尘系统的选择 尘系统的分类及特点 除尘系统的配置特点和规模可分为： 1）就地除尘系统。除尘设备直接置于生产粉尘的设备上，基本不需要除尘管道。 2）分散除尘系统。把就近性质相同的产尘点用管道连接起来，共用一台除尘设备和除尘风机，是目前较为常用的除尘系统。 3）集中除尘系统。把整个 巷道 或者几个 巷道 的产尘点联结与一个除尘系统，共用一台除尘设备和风机，是目前常用的除尘系统。 常用的除尘设备可分为： 1）干式除尘系统。除尘设备用干式除尘器（旋风除尘器、电除尘器、 袋式除尘器）不需要水和其他介质做除尘介质。 2）湿式除尘系统。除尘设备常用湿式除尘器（冲激式除尘器、文氏除尘器、水膜除尘器）需要水或其他介质做除尘介质。 3）干湿结合除尘系统。干式除尘器和湿式除尘器联合使用。 除尘设备的级数可分为： 1）单级除尘系统：除尘设备采用单级。目前工程上采用的绝大多数为此类除尘系统。 2）多级除尘系统：除尘设备采用二级或二级以上的除尘器，只有在单级不能满足排气标准时才采用多级。 除尘设备和风机的位置可分为： 1）负压除尘系统。除尘器位于通风机之前。 通过通风机的气体已经经过除尘设备，含尘浓度变低，这样通风机所受的阻力大大降低，运行寿命长，适用于处理初浓度高的含尘气体。 2）正压除尘系统。除尘器位于通风机之后。可以降低能耗，但通风机所受的阻力加大，主要适用于处理初浓度低的含尘气体。 尘系统的设计要点： 1）对除尘系统进行合理的划分和规划。 2）采用适宜的尘源密闭罩或粉尘捕集设备，并且要符合各 矿 的实际情况。 3）根据粉尘的性质和气体的特性，采用适宜的除尘器和除尘风机。 14 4）合理地设计和布局除尘管道，除尘器，除尘风机 5）对分散和集中的除尘系统， 应设置必要的调节阀门，以保证各扬尘点的风量，还需要设置必要的电气控制和辅助系统。 6）据粉尘的性质和气体的特性，选择合理的粉尘输送设备。 7）要尽可能采用节能技术，降低除尘系统的能耗。 8）要考虑设置必要的检修和维护空间。 尘系统的设计步骤 1）了解工艺流程，工艺设备及其配置情况，根据粉尘在工艺生产过程中的散发情况，确定密闭罩形式和抽风点的位置。 2）根据工艺设备的工作情况和密闭状态，决定除尘点的风量。 3）根据工艺生产情况，抽风点的位置和数量，划分除尘系统。 4）根据抽风点气体中所含粉尘的性质 、含尘浓度、 井下空气 条件、 掘进工作面 状况，考虑除尘系统所要达到的具体环境标准，选择净化设备的形式及数量，并布置除尘器的具体位置。 5）布置管道位置具体走向，绘制平断面草图和系统图。 6）计算系统摩擦阻力和局部阻力。 7）选择风机和电机。 8）选择管道附件。 9）绘制工程图。 尘设备的选用 用除尘设备的分类及特点 除尘机理分类 根据主要除尘机理的不同，目前常用的除尘器可以分为以下几类： 1）重力除尘，如重力沉降室； 2）惯性除尘，如惯性除尘器； 3）离心力除尘，如旋风除尘器 ； 4）过滤除尘，如袋式除尘器、颗粒程除尘器、纤维过滤器、纸过滤器； 5）洗涤除尘，如自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器； 6）静电除尘，如电除尘器。 据气体净化程度的不同，可以分为以下几类： 1）粗净化 主要除掉粗大的尘粒，一般用作多极除尘的第一级。 2）中净化 主要用于通风除尘系统，要求净化后的空气含尘浓度不超过 100mg/200mg/ 3）细净化 主要用于通风空调系统的进风系统和再循环系统 ，要求净化后的空气含 15 尘浓度不超过 1mg/ 2mg/ 4）超净化 主要除掉 1 m 以下的细小尘粒，用于清洁度要求较高的洁净房间，净化后的空气含尘浓度视工艺要求而定。 尘器工作机理 除尘器的工作原理都是以作用力为理论基础。根据力的性质不同，设计出不同的除尘器。 械除尘器工作机理 机械除尘器有沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器三个类别。 沉降室工作原理 是利用的是重力，所谓重力就是地球对物体的吸引力。在重力作用下含尘气体的中的粉尘在沉降室被分离出来。 惯性除尘器分离粉尘用的是惯性力。惯性力是反映物质自身运动状态的力，受到外力时，物质改变运动状态。在相同的作用力下惯性小的物体比惯性大的物体容易改变运动状态，即得到的加速度比较大，这对惯性小的粉尘分离是有利的。 旋风除尘器利用的是离心力。所谓离心力是指做圆周运动的物体对施于它的向心分离力。它是依据在旋转体的反作用力，利用离心力分离非均相系统的分离过程通称离心分离。它是依据在旋转过程中质量大的、旋转速度快的物质获 得的离心力也大的原理进行工作的。 除尘器工作机理 电除尘器分离粉尘靠的是静电力即库仑力。除尘过程分为四个阶段。 1） 气体分离：在电晕级与集尘级之间施加支流高电压（ 4070使放电级发生电晕放电，气体分离，生成大量的自由电子和正离子。 2） 粉尘荷电气流通过电场空间时，自由电子、负离子与粉尘碰撞并附着其上，便实现了粉尘的荷电。 3） 粉尘沉降荷电持尘在电场中受静电力的作用被驱往集尘级，经过一定时间后达到集尘级表面，放出所带电荷并沉集其上。 4） 清灰 集尘级表面上的粉尘沉集到一定 厚度后，用机械振打等方法将其清除掉，使之落入下部灰斗中。放电级也会附着少量粉尘，也需要进行定时清灰。 为保证静电除尘器在高效率下运行，必需将上述四个过程进行得十分有效。 式除尘器过滤机理 袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果。粉尘一般由超细微粒到粗粒的各粒径按一定分散度曲线分布的。虽然滤布纤维间的孔隙也许大于 100上，但织物过滤却能捕集微粒粒子，过滤机理各种效应是重力、筛滤、惯性碰撞、钩附效应和扩散与静电吸引。当含尘气流流经滤布时，比滤布空隙大的颗粒，由于重力作用沉降了或因惯性作用 被纤维挡住了，比滤布空隙小的颗粒和滤布的纤维发生碰撞后或经过时被纤维钩 16 附在滤袋表面（即钩附效应）。较小的粒子，因分子间的布朗运动留在滤布的表面和空隙中，最微小的离子则可能随气流一起流经滤布跑掉了。 式除尘器的工作原理 湿式除尘器的除尘原理属于短程机制，主要是除尘器内含尘气体与水接触有如下过程：温暖粒与预先分散的水膜或雾状液相接触；含尘气体冲击水层产生鼓泡形成细小水滴或水膜；较大的粒子（如大于 1与水滴碰撞时被捕集，捕集效率取决于粒子的惯性及扩散程度。因为水滴与气流间有相对运动，并由于水 滴周围有环境气膜作用，所以气体与水滴接近时，气体改变流向绕过水滴，而尘粒受惯性力和扩散的作用，保持原轨迹运动与水滴相撞。这样，在范围内尘粒都有可能与水滴相撞，然后由于水的作用凝聚成大颗粒，被水流带起。这说明，水滴小而多，比表面积大，接触尘粒机会就多，产生碰撞、扩散、凝聚效率也高。尘粒的容重、粒径与水滴的相对速度越大，碰撞凝聚效率越高；而液体的黏度、表面张力越大，水滴直径大，分散得不均匀，碰撞凝聚越低。实验与生产经验表明，亲水性粒子比疏水性粒子容易捕集，这是因为亲水性粒子容易通过水膜的缘故。此外，当尘粒直径和 密度小，除尘效率明显降低。为了解决疏水性粉尘和细微粒子效率低的问题，可以往水中加入某些药剂来提高除尘效率。 用除尘器的选用原则 除尘设备的选择正确与否，是除尘系统运行的关键，必须根据粉尘的排放要求、工艺参数、废气的性质、粉尘性质、除尘设备的性能、经济条件和管理水平进行充分的调查研究，结合分析，选用适当的形式的除尘设备，并规定其型号，应按以下原则选用。 尘的性质 如粉尘的粒径分布、浓度、粘附性、吸湿性、浸润性、水硬性、比电阻、爆炸性和纤维性等。 1）大颗粒部分可采用惯性除尘器、旋风除尘器；对细小的颗粒可用袋式除尘器和电除尘器。 2）对与袋式除尘器，入口烟气的含尘浓度在 15g/宜，电除尘器在 30 g/入口粉尘的含尘浓度过高可考虑采用二级除尘系统，第一级采用惯性或旋风除尘器。 3）对于纤维性和粘附性粉尘，不宜采用电除尘器。 4）对低比电阻和高比电阻的粉尘不宜采用电除尘器。 5）对水硬性粉尘不宜采用湿式除尘器。 6）对亲水性粉尘，通常采用湿式除尘器。 尘气体的性质 如温度、湿度、气体流量和成分等。 1）温度变化较大 且含湿量较大的气体，不宜采用干式除尘设备。 17 2）气体流量变化较大的，不宜采用旋风除尘器、电除尘器，宜采用袋式除尘器。 3）处理可燃性和爆炸性气体，要采取一定的安全措施，可采用袋式除尘器和电除尘器。 4）要求排入大气的粉尘浓度，要根据排入大气的粉尘浓度和除尘设备入口的浓度，确定适宜的除尘设备。 5）除尘设备的一次性投资和运行费用。 6）与除尘设备相配套的而消耗的气体介质情况如：水、压缩空气和电等，压缩空气气源不稳定，质量不好不宜采用脉冲袋式除尘器。 7）除尘设备的维护管理繁简程度和用户管理水平。 8）粉尘是否 有回收价值，有较高回收价值的粉尘宜采用干式除尘设备。 尘器的性能及评价指标 1）除尘器处理量。 2）除尘器的除尘效率及通过率。 3）除尘器的压力损失。 4）除尘器的基建投资与运行管理费用。 5）除尘器的使用寿命。 6）除尘器的占地面积或占用空间体积的大小。 用除尘设备的维护 除尘器及其附属设备常因磨损、腐蚀、堵塞原因而引起设备穿孔、漏气或堵塞，致使除尘效率下降，甚至造成事故。 为使除尘器能长期保持良好的性能，必须定期或不定期地对除尘器及其附属设备进行检查和维护。 18 5 掘进工作面防 尘设计 程概况 四矿三水平主斜井联络巷于主斜井中部联络巷交岔点以北 处开口，开口标高工坡度 1125。半圆拱形断面，净宽 4550高 3000S 净 = 掘 =计工程量 20m，过煤段采用架 属棚子支护 ,棚间距 400后喷浆封闭。 层及瓦斯 根据地质资料推算，开口位置地面标高 +240m，戊 9层底板标高 层埋深 497m，该范围内的戊 9 煤层厚度 10 煤层厚度 2.0 m,中间夹 1.2 m 厚的泥岩。 顶板为细砂岩，底板为泥岩，煤层倾角 7 9，预计穿煤距离 15m。根据瓦斯等级划分，在四矿三水平地区 m 以上的戊 9低沼煤层，。此次穿过的戊 9层埋藏浅（底板标高 瓦斯含量较低，属低沼煤层。但施工过程中按高沼煤层管理 ,因此，检修道施工过程中应严格加强瓦斯管理工作。 进工作面尘源 及粉尘性质 分析 掘进机截割产尘的机理 机掘工作面粉尘的构成 1 产尘是 岩体 破碎过程的固有特性 ,掘进机掘进巷道的作业过程既是一个产尘的过程 （ 1） 掘进机掘进过程 中煤岩破碎产生的分尘 ,即原生粉尘 ,它包括煤岩受到截齿的压碎和摩擦作用产生的粉尘 ,占掘进工作面粉尘的 80%以上 . （ 2） 煤块塌落后与机器和地面碰撞 ,挡煤板 , 运输溜子转载造成的摩擦破碎形成的粉尘 . （ 3） 由于地质作用 ,煤层发生错位 ,断裂 ,在裂隙中存在的粉煤 ,在掘进过程中暴露出来 ,形成粉尘 . （ 4） 随着进风流带入机掘工作面的尘粒。对于这个量可以通过认真合理的安排地面设备而使之减到最小值。 （ 5） 工作面上沉积的粉尘在开采作业过程中或通风过程中又被扬起，即次生粉尘。 由以上可以看出机掘工作面的粉尘主要是有掘 进机截齿截割煤体时产生的，所以有必要分析一下截割过程的产尘机理。 2 截割产尘机理 当尖锐的截齿截割煤岩时，在接触点处将产生很高的接触应力，随着截割力的增大，接触应力也随之增大到极限值，这样就在接触点处首先产生破碎。 由于破碎发生在很小的区域内，破碎颗粒也比较小，并且接触点附近一般处于受三 19 向压应力状态，因此这部分破碎体一般难以排除刀外，随着截齿的前进，这部分破碎体再次遭到破碎，直到形成密实的煤粉核（又叫密实核或压固核），这时截齿的能量才得以通过煤粉核会传递给周围煤岩。 在煤粉核与未破碎的煤烟体间的过渡区域是 众多微裂纹的集合体，随着截割力的继续增大。某些分布位置有利的裂纹开始失稳扩展，当截齿载荷达到临界值时，裂纹开始失稳扩展，迅速达到自由面，同时剩余能量释放，使得碎块崩出，这就解除了煤粉核的约束状态，煤粉核本身积聚的能量也突然释放出来。 2 人工风钻打眼产生的粉尘。 4 爆破时产生炮烟的烟尘。 5 笆斗机装运岩块所荡起的粉尘。 2007 年 3 月 10 日 2007 年 3 月 22 日随工程进度的测尘的数据如下表所示 2007 年 3 月 10 日 2007 年 3 月 22 日随工程进度的测尘表 地 点 煤 岩 别 掘 进 机 作 业 操 作 掘 进 机 打 眼 放 炮 装 岩 多 工 序 作 业 平 均 值 打 锚 杆 眼 打 锚 杆 砌 碹 喷 浆 拌 料 装 卸 料 四矿三水平斜井联络巷 岩 矿三水平斜井联络巷 岩 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联 络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 矿三水平斜井联络巷 煤 12 矿三水平斜井联络巷 煤 10 矿三水平斜井联络巷 煤 分析 本次设计就是属于无机尘，具有亲水性，矿尘粒度、分散度大 ，分散度约为 20 60% 80%。 进工作面除尘设计 掘 进 工作面是煤矿最主要的产尘点之一。随着机械化掘进程度的不断提高，巷道断面的不断加大，采用单一的降 (除 )尘技术和措施越来越不能满足生产的需要。 进工作面掌子头（ 3 至 5 米）处的除尘方案。 矿井通风排尘是指稀释与排出矿井空气中的粉尘的一种除尘方法。矿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人矿井空气中，其中绝大部分是小于10 微米则的微细粉尘，如果不及时通风稀释与排出，将由于粉尘的不断积聚而造成矿内空气的严重污染，危害矿工的 身心健康。矿井通风排尘是矿井综合防尘的重要一环，要更好地发挥通风排尘的作用，首先需要掌握粉尘在空气中的运动规律 。 尘在空气中的特性 尘粒在空气中运动特性的研究属于气固两相流体力学范畴。对于通风排尘产生影响的尘粒运动特性主要有尘粒的沉降、扩散及抛射。 粉尘的沉降规律 尘粒在静止的空气中靠重力沉降，并受到气体的浮力和阻力的影响；当尘粒由静止状态开始降落时，降落的速度很小，阻力亦很小， 与此同时，沉降过程中尘粒的沉降速度不断增加，尘粒呈加速运动。随着降落速度的增加，阻力亦随之