煤矿粉尘的控制技术

煤矿粉尘的控制技术煤矿粉尘的控制技术 1 粉尘控制技术 粉尘控制技术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 同时也是煤矿安全生产的基本要 求 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 5 mg 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 5 mpa 3 0mpa 中压注水 ps 3 0 mpa 15 0mpa 高压注 水 ps 10 0 mpa 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 30 m 在原始应力区 的煤层中注水 短孔注水工作面 6 m 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 6 m 20 m 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 10 m 15 m 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 10 m 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 5 m 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