矿井粉尘防治-新技术讲座.ppt

矿井粉尘防治新技术,中国矿业大学二一二年四月,张云峰,矿井粉尘防治新理论与技术讲座,主要内容,一、矿井粉尘的危害二、泡沫抑尘技术三、润湿剂喷雾降尘技术四、柔性附壁风筒辅助降尘技术,矿井粉尘危害-尘肺病,矿山尘肺病简介尘肺病是工人在生产中长期吸人大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈。因其发病缓慢，病程较长，且有一定的潜伏期，不同于瓦斯、煤尘爆炸和冒顶等工伤事故那么触目惊心，因此往往不被人们所重视。而实际上由尘肺病引发的矿工致残和死亡人数，在国内外都远远高于各类工伤事故的总和。,煤矿尘肺病类型,硅肺病(矽肺病)：由于吸人含游离SiO2含量较高的岩尘而引起的尘肺病称为硅肺病（患者多为长期从事岩巷掘进的矿工）；煤硅肺病(煤矽肺)：由于同时吸人煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅肺病（患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工）；煤肺病：由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病（患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工）。,煤矿尘肺病,我国煤矿工人工种变动较大，长期固定从事单一工种的很少，因此煤矿尘肺病中以煤硅肺病比重最大，约占80左右。作业人员从接触矿尘开始到肺部出现纤维化病变所经历的时间称为发病工龄。尘肺病中最危险的是硅肺病，发病工龄最短(一般10年左右)，煤肺病的发病工龄一般为2030年，煤硅肺病介于两者之间。,尘肺病的发生机理,被毛细血管覆盖的气泡群,鼻咽,喉,气管,支气管,细支气管,影响尘肺病的发病因素,(1)矿尘的成分能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiO2，其含量越高，发病工龄越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发分)含量。据试验，煤化作用程度越低，危害越大，因为煤尘的危害和肺内的积尘量都与煤化作用程度有关。,影响尘肺病的发病因素,(2)矿尘粒度及分散度尘肺病变主要是发生在肺脏的最基本单元即肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2m左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害就越大。,影响尘肺病的发病因素,(3)矿尘浓度尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，也就是说，尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。国外的统计资料表明，在高矿尘浓度的场所工作时，平均510年就有可能导致硅肺病，如果矿尘中的游离SiO2含量达8090，甚至1.52年即可发病。空气中的矿尘浓度降低到规程规定的标准以下，工作几十年，肺部吸入的矿尘总量仍不足达到致病的程度。,影响尘肺病的发病因素,(4)个体方面的因素矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的，所以人的机体条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发展有一定的影响。尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要积极推广综合防尘技术，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。,2002年原国有重点煤矿有532处矿井煤尘有爆炸危险，占87.4%。91.35%的小煤矿煤尘具有爆炸危险，其中高达57.71%的具有强爆炸性。1960年5月9日，大同老白洞煤矿发生一次死亡684人的煤尘爆炸事故，影响深远；2005年11月27日，黑龙江七台河东风煤矿发生特大煤尘爆炸事故，造成171人死亡。,矿井粉尘危害-煤尘爆炸,2005年11月27日21时22分，黑龙江龙煤矿业集团有限责任公司七台河分公司东风煤矿发生特别重大煤尘爆炸事故，造成171人死亡，48人受伤，直接经济损失4293万元。,（一）矿井概况东风煤矿是原国有重点煤矿，隶属于原七台河矿务局。2005年核准生产能力为50万吨/年。该矿为高瓦斯矿井，煤尘具有强爆炸性。（二）事故直接原因违规放炮处理主煤仓堵塞，导致煤仓给煤机垮落、煤仓内的煤炭突然倾出，带出大量煤尘并造成巷道内的积尘飞扬达到爆炸界限，放炮火焰引起煤尘爆炸。,煤尘爆炸特征,（1）易产生连续爆炸爆炸压力一次比一次增高，呈跳跃式发展。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120ms，冲击波的速度可达2000ms，爆炸的压力可达到1700kPa。在煤矿井下，这种爆炸有时沿巷道传播数千米以外，而且距爆源点越远其破坏性越严重。因此，煤尘爆炸具有易产生连续爆炸、受灾范围广、灾害程度严重的重要特点。,煤尘爆炸特征,（2）产生粘块与皮渣煤尘爆炸时，对于结焦性煤尘(气煤、肥煤及焦煤的煤尘)会产生焦炭皮渣与粘块粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根据这些爆炸产物，可以判断发生的爆炸事故是属于瓦斯爆炸或煤尘爆炸。同时还可以根据煤尘爆炸产生的皮渣与粘块粘附在支柱上的位置直观判断煤尘爆炸的强度。但是只有气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤尘爆炸时，才能产生“粘焦”。,煤尘爆炸特征,（3）产生大量有毒有害气体煤尘爆炸时，要产生比沼气爆炸生成量多的有毒有害气其生成量与煤质和爆炸的强度等有关。一次煤尘爆炸后气体成分组成的成分其中COCO2的浓度较大，O2浓度很小，（4）挥发分含量减少煤尘爆炸时，它的挥发分含量将减少，对于不结焦煤尘(即爆炸时不产生焦炭皮渣与粘块的煤尘)，可利用这一特点来判断井下的爆炸事故中煤尘是否参与了爆炸。,煤层注水一般可降低粉尘浓度60%90%左右，施工难度大，操作程序复杂，国内很少使用。喷雾降尘国内广泛使用，属传统降尘方式，除尘效果差。除尘器除尘除尘效果好，体积庞大，移动不方便，工作劳动强度高。,国内粉尘治理技术现状,截留机理认为,粒子有大小而无质量或粒径小于5m时，不同大小的粒子都跟着气体的流线而流动。如图所示，当流动的气体对着泡沫流动时，气流将在泡沫的上游折转而绕泡沫流过。如果在某一流线上的粒子中心正好使dp/2能接触到泡沫，则该粒子被截留。,截留效应,惯性碰撞效应,在惯性碰撞中，粒子沿流线运动绕流时,由于惯性作用而偏离流线,与泡沫相撞而被捕集,如图中虚线所示。,一、泡沫抑尘技术,泡沫降尘原理,黏附效应,泡沫外表面具有黏附粉尘的功能,其捕尘机理如图所示。当具有一定速度的泡沫向粉尘运动,粉尘经过碰撞、截留和扩散等一系列作用后到达泡沫表面,被泡沫所黏附。,扩散效应,微细尘粒(dp试剂4(55.7)试剂1(45.1)试剂3(39.5)试剂2(25.4)。试剂2的接触角最小，实验的润湿性能最好，试剂4的接触角最大，单独使用润湿效果不佳。,表面活性剂复配后产生协同效应和增效作用，有时能出现单一表面活性剂所没有的功能。煤尘沉降实验简单易行，并且比较能说明溶液对煤尘润湿能力的强弱，对表面活性剂复配后的溶液进行煤尘沉降实验，煤尘沉降时间越短，除尘效果越好。,单体表面活性剂和助剂的复配,表面活性剂加入助剂Na2SO4后煤尘沉降变化,向试剂1和试剂2中分别加入无水Na2SO4后，平均沉降时间比单体平均沉降时间分别下降了21.5%和26.1%，下降幅度比较大，复配效果明显。,二、润湿剂喷雾降尘技术,润湿剂的复配实验,表面活性剂加入助剂NaCl后煤尘沉降变化,表面活性剂两两复配,表面活性剂两两复配后，复配协调效果不明显。,表面活性剂加入助剂NaCl后，复配协调效果不明显。,单体表面活性剂和助剂的复配,二、润湿剂喷雾降尘技术,注：试验时试剂2做成100ml的溶液，助剂1和助剂2加入溶液中兑成混合溶液配方。,正交设计因素表,正交试验数据及试验结果,以除尘剂除尘效果为研究对象，采用正交试验设计方法设计试验，通过直观分析和方差分析寻确定影响配方除尘效果的显著因子，最后找到除尘剂的最佳配方的优化设计。,选取四个因素三个水平的正交表L9(34),二、润湿剂喷雾降尘技术,润湿剂配方的正交实验,影响因素直观分析表,通过直观分析方法，利用正交试验所得试验数据，分别计算Ki、ki和R.,评价指标与试验因素影响趋势图,试验结果：在试剂2为0.3g，助剂1为0.4g，助剂2为0.2g时，煤尘平均沉降时间应为最小，除尘剂配方的除尘效率最好。,二、润湿剂喷雾降尘技术,试验结果分析,葛泉矿掘进工作面粉尘治理原状,葛泉矿煤质坚硬，硬度系数为13，机械化开采程度高，开采强度大，煤尘亲水性差，产尘量极大。,概况,11912掘进工作面防尘措施,防治粉尘效果,产尘量较大，平均全尘粉尘浓度达到600mg/m3以上，工作面10m范围内能见度不到2m。,喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。,二、润湿剂喷雾降尘技术,现场应用,润湿剂喷雾降尘技术降尘效果示意图,使用润湿剂喷雾降尘技术时，平均全尘粉尘浓度由631.2mg/m3降到了88.5mg/m3，全尘平均降尘效率为85.98%。润湿剂喷雾降尘技术在葛泉矿11912综掘工作面现场应用后，有效地治理了11912综掘进工作面粉尘灾害，改善了工人作业环境。,二、润湿剂喷雾降尘技术,应用效果分析,1-筒体；2-条状导风筒；3-挂钩；4-锥状出风筒；5-出风口；6-筒壁出风口；7-风筒变径。柔性附壁风筒结构示意图,柔性附壁风筒包括柔性筒体，挂钩，柔性筒体两侧壁上设有柔性条状导风管，柔性条状导风管沿柔性筒体成螺旋线型布置，一端与柔性筒体的筒壁相连、贯通，另一端则是柔性条状导风管的出风口，沿螺旋线方向向前开启；筒体前端安装锥状风筒。整个柔性附壁风筒由阻燃、抗静电材料制成，结构简单、安装拆卸，可对风流进行自然导向、分配，安全可靠，持久耐用，风筒长度小，可折叠，携带方便，适用于煤矿井下采用压入式通风系统。其具体制作尺寸需根据应用地点的实际情况确定。,三、柔性附壁风筒辅助降尘技术,简介,由于条状导风筒的存在，降低了附壁风筒末端出风口处的风速，减缓了掘进机掘进时产生的粉尘向巷道后方扩散的速度，使得大量的粉尘在掘进机司机前方积聚。从附壁风筒条状导风管出来的风流沿巷道壁形成具有一定动能的螺旋状风流，产生良好的附壁效应，抑制粉尘飞扬。,柔性附壁风筒附壁效应示意图,当该风筒配合润湿剂喷雾除尘系统使用时，这种有效地封闭粉尘、防止粉尘向外扩散的空气帷幕，就为含有润湿剂的喷雾与粉尘相互接触提供了充足的时间，增加了喷雾润湿粉尘的几率，可有效地提高润湿喷雾除尘系统的除尘效率。这样就大大地提高了综掘工作面的降尘效率，改善了掘进工作面作业环境。,三、柔性附壁风筒辅助降尘技术,工作原理,柔性附壁风筒现场应用示意图,当该风筒配合除尘风机使用时，这股螺旋状风流的动能就会在除尘风机吸风口吸入含尘空气产生的轴向速度的共同作用下大大增加，从而可在掘进机司机工作区前方建立起可阻挡粉尘向外扩散的空气帷幕。这样有效地封闭了掘进机工作时产生的粉尘，防止粉尘向外扩散，同时通过除尘风机的集尘风筒插入空气帷幕内，可将含尘风流吸入除尘器中加以净化，从而为井下掘进机司机提供清洁的空气环境。,三、柔性附壁风筒辅助降尘技术,工作原理,葛泉矿掘进工作面粉尘治理原状,葛泉矿煤质坚硬，硬度系数为13，机械化开采程度高，开采强度大，煤尘亲水性差，产尘量极大。,概况,11912掘进工作面防尘措施,防治粉尘效果,产尘量较大，平均全尘粉尘浓度达到600mg/m3以上，工作面10m范围内能见度不到2m。,喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。,三、柔性附壁风筒