项目3煤矿防尘技术课件

项目三煤矿防尘技术任务一煤层注水预先湿润煤体防尘技术知识点◆熟知矿尘的湿润性◆熟知煤层注水的原理◆熟知影响煤层注水效果的因素技能点◆能进行煤层注水预先湿润煤体防尘设计一、相关知识1.矿尘的湿润性矿尘的湿润性是指尘粒与水分子的亲和能力，亦称吸湿性、浸润性。根据湿润性，可将矿尘分为亲水性矿尘(易湿润的矿尘)和疏水性矿尘(不易湿润的矿尘)。湿式除尘就是利用矿尘的湿润性从空气中分离(易湿润的)矿尘的。煤矿中的岩尘一般为亲水性矿尘，煤尘为疏水性矿尘。通常采取提高尘粒与水滴的相对运动速度、降低水的表面张力等方法来提高湿润效果。湿润后的矿尘质量增加，同时粒子间相互碰撞时容易凝聚在一起形成较大的尘粒，从而加快了沉降速度。井下使用喷雾装置就是利用矿尘的这种性质捕捉矿尘的。2.注水减尘原理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，并使之均匀湿润。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，预防了浮尘的产生一、相关知识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。3.煤层注水的作用煤层注水预湿煤体是降低煤层开采时煤尘产生量最根本、最有效的防尘手段。可使煤体在回采前达到较好的湿润状态，降低煤的产尘能力，以此显著减少煤层开采时的粉尘产生量，这对改善作业场所的劳动卫生条件、保护工人身体健康、防止瓦斯煤尘爆炸将起到重要作用。在综放工作面，煤层注水还起到软化煤体，提高放煤效率和顶煤回收率的作用。同时，煤层注水也能有效抑制煤体氧化，降低工作面温度，预防或降低冲击地压的危害，减少瓦斯的解吸及涌出量，降低工作面的瓦斯浓度，预防煤与瓦斯突出。4.煤层注水可注性鉴定1)煤层注水可注性判定指标有:原有水分，记作W，%;孔隙率，记作n，%;吸水率，记作δ，%;坚固性系数，记作f。2)煤层煤样采取方法按国标GB482的规定，由承担鉴定工作的单位在煤矿井下采、掘工作面采取有代表性的分层煤样,根据国际或国家有关规定测定可注性指标和进行可注性判定.3)煤样测试结果同时满足W≤4%、n≥4%、δ≥1%和f≥0.4四个条件，则判定取样煤层为可注水煤层，否则判定为可不注水煤层。

一、相关知识5.影响煤层注水效果的因素１）注水压力、流量和时间大量的实践经验表明,注水采取中压力,低流量,长时间的原则,会使煤体充分湿润,降尘效果好。（１）注水压力实际工作中，注水压力应控制在如下范围内：低压注水时，注水压力应小于3MPa；中压注水时，注水压力应在3MPa至10Mpa之间；高压注水时，注水压力应大于10MPa。注水水压过高，流水速度太快，可能使煤层中裂隙扩散，导致大量跑水漏水。实际工作中，要适宜调节，最好的注水压力是：高于煤层瓦斯压力低于地层压力。我国煤矿多数用静压低压注水，动压中压注水，效果很好。（２）注水流量一般提倡小流量注水，只要时间允许，就应小流量注水。实际工作中，如果发现静压注水速度过低，可在注水前在孔内实施震动爆破，提高钻孔的透水能力，然后再注水。一、相关知识（3）注水时间实际工作中，进行煤层注水时，一般遵循“长时间原则”，只要时间允许，应尽量长时间的进行注水。时间长短的判断，是以煤壁“出汗”，即煤壁均匀渗出水珠的现象为参考。判断煤体是否全面湿润，煤壁“出汗”后，可再进行一段时间的注水，便可结束煤层注水工作。２）煤体的裂隙和孔隙煤体的裂隙和孔隙愈发育，注水阻力愈小，水在煤体内的渗透性愈好；煤体的裂隙和孔隙愈不发育，注水时，水在煤体内的渗透性愈差。衡量煤的孔隙发育程度,一般采用孔隙率来表示,煤的孔隙率为孔隙的总体积与煤和总体积的比率。实测资料表明，当煤层的孔隙率小于4％时，注水无效果；孔隙率为15％时煤层的透水性最好，注水效果最佳；孔隙率为40％时，煤层已成为多孔均质体，天然水分丰富，无需注水，这种情况多属于褐煤。煤层的裂隙和孔隙是天然生成的，实际工作中，可采取措施增大增多裂隙，从而达到减小注水阻力，增加水的渗透性的目的。３）上覆岩层压力煤层的上覆岩层的压力随煤层埋藏的深度增加而增加，理论上认为，煤层所承受的上覆岩层的压力，随煤层埋藏的深度而成正比增加，所以开采深度较大的煤层需注水时，肯定比浅层煤层注水是要困难一些，并不一定在深层煤层中注水时，仅需提高注水压力就能解决问题。需要适当增大注水压力，延长注水时间，但效果并不一定好,一般来说，随着煤层埋藏深度的增加，煤层注水效果会有所减弱。４）支承压力理论上认为，支承压力带煤体的有效孔隙比原始状态下要小60％～70％，并不是增加了裂隙就增加了孔隙，煤体受支承压力作用，浅表部分会产生大量裂隙，这些裂隙并不提高注水效果，反而易造成窜水跑水，增加注水难度，因而其湿润效果较差。一、相关知识５）煤质的影响煤的炭化程度对透水性有很大影响。实践证明，挥发份含量在15％～65％范围内的煤种较其它煤种有较好的透水性。6）液体性质的影响煤是极性很小的物质，水是极性很大的物质，两者之间极性越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可考虑添加表面活性剂等物质。7)煤层内的瓦斯压力煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力,水压克服瓦斯压力后才是注水的有效压力,所以在瓦斯压力大的煤层中注水时,往往要提高注水压力,以保证湿润效果。二、知识链接

煤层注水设计1)设计基础资料和主要内容(1)设计基础资料①煤的物理机械特征(煤的透水性、原始水分、孔隙率、湿润边角、硬度、裂隙发育情况、煤的饱和含水率)、顶底板的物理力学性质(透水性、孔隙率、硬度、自然含水率、饱和含水率)、煤尘爆炸指数。②煤的赋存条件，包括倾角、厚度、构造及稳定性等。③矿井开拓系统、采区巷道布置及采煤方法。④工作面产量、推进度、通风方式，进、回风巷几何尺寸和支护形式。⑤水源及供水系统。(2)煤层注水设计主要内容①煤层注水方式选择。②煤层注水工艺及参数计算。③煤层注水设备及供水管径的选择。④绘制煤层注水系统图。⑤编写煤层注水设计说明书。(3)煤层注水设计应注意的问题①煤层厚度小于0．6m时，不宜注水。二、知识链接②煤层孔隙率小于4％时，其透水性接近于零，此时不宜注水。③煤层孔隙率大于或等于40％时，煤层成为多孔均质体，天然含水率已达1，此时已无需注水。④煤层湿润边角θ≥90°时，为不可湿润煤体，注水防尘效果不好。⑤长孔注水，孔长不能小于待注水煤层工作面倾斜长的2／3。⑥应有比较充裕的注水时间。2)煤层注水方式及其选择(1）煤层注水方式煤层注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。我国目前使用的注水方式有长孔注水、短孔注水（浅孔注水），深孔注水和巷道钻孔注水四种方式。①长孔注水在采煤工作面前方的进风巷，或回风巷沿煤层倾斜方向平行于煤层工作面打钻。长孔注水分为单向和双向长孔注水两种形式图3―3长孔注水示意图（a）上向孔；（b）下向孔；（c）双向长钻孔注水方式示意图1－回风巷；2－开切眼；3－运输巷二、知识链接②短孔注水(浅孔注水)沿采煤工作面与煤壁垂直或或斜交打钻孔孔注水,孔长一般为2m～3.5m③深孔注水:沿采煤工作面、垂直工作面煤壁打孔,孔长一般为5～25m图3－4短孔、深孔注水方式示意a－短孔b－深孔1－回风巷；2－运输巷二、知识链接④巷道钻孔注水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注水,在一个钻场可打多几个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔,通过钻孔进行注水

图3－5巷道钻孔注水示意图1－巷道；2、3－钻孔；4－上煤层；5－下煤层二、知识链接(2）注水方式的选择长孔注水是一种先进的注水方式，钻孔能湿润较大区域的煤体，获得较长的注水时间，煤体湿润均匀，采、注无干扰，所以为各国广泛采用。缺点是打长钻孔的难度大，定向打钻困难，对地质条件的适应性差。短钻孔注水适用于煤层赋存不稳定、地质结构复杂、煤层薄、产量较低的采煤工作面，或者工作面顶、底板为易吸水膨胀岩性时。由于短孔注水压力低，所以其工艺装备简单，具有较大的适应性和灵活性。缺点是钻孔数量多，湿润范围小，钻孔长度短，易跑水；由于注水必须在准备班进行，容易与回采作业发生矛盾，对生产能力高的工作面不适用，加上降尘效率不如深孔和长孔注水，所以正规工作面已较少采用。深孔注水钻孔较长，要求煤层赋存稳定。它可适用于各种工作面顶、底板状态。与短孔注水比较，其钻孔数量少，湿润范围大且均匀，降尘效果较好。但它对注水压力要求较高，注水工艺装备较复杂，而且采用这种方式的前提是作业循环中要有准备班。巷道钻孔注水费用高，尽管可以小流量长时间注水，注水效果好，但采用较少。3)注水工艺及参数确定(1)长孔注水工艺及参数确定①钻孔直径钻孔直径主要由钻机、钻杆直径所决定。我国采用岩石电钻打孔时，孔径一般为45mm左右，用钻机打钻时，孔径为53～60mm，少数大于70mm。在孔径选择时，要考虑煤的硬度、破碎情况、封孔技术及注水量等因素。通常，如果煤的硬度大、注水量大、封孔技术好孔径可取较大一些，反之宜取较小的钻孔直径。根据我国目前统配煤矿注水实情，钻孔直径均在45～75mm之间。二、知识链接②钻孔长度单向钻孔注水时孔长的计算。L＝Ll—M式中L——钻孔长度，m；

L1——工作面长度，m；M——与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，透水性弱的煤层上、下向孔，M均取20m；对透水性强的煤层，上向孔取M≥20m，下向孔M＝(1／3～2／3)L1。根据我国的注水经验，钻孔长度为30～100m，即工作面长度的1／3～9／10的范围。③钻孔间距在实际注水中，合理的钻孔间距一般通过实践来确定。我国矿井注水采用的钻孔间距大多为10～25m，设计时可按15～20m考虑。④钻孔角度钻孔角度原则上与煤层倾角保持一致，使钻孔始终保持在煤层内，以免穿透顶底板；考虑到钻杆的下沉，开口位置宜靠近煤层上部；煤层有夹矸时，应使钻孔穿透夹石，以使各自然分层均被湿润。⑤封孔深度封孔深度一般通过试验和生产实践确定，我国煤矿封孔深度一般为2．5～10m。⑥封孔方式煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管将水注入钻孔并渗入煤体。封孔即把注水管封在钻孔内。封孔方法有两种，即水泥砂浆封孔和封孔器封孔。二、知识链接A.水泥砂浆封孔这种封孔方式的具体操作及注意事项如下：a.注水管机采工作面注水应采用外径为25mm、壁厚为2．5mm，或外径为20mm、壁厚为2mm的聚氯乙烯硬管作为注水管。管长2m，管与管之间通过用同类材料制成的接头连接起来。最后一根注水管，应采用相同直径、长为0．8m的钢管。当注水压力较高并采用SLB--1型水泥砂浆封孔泵向钻孔注入水泥砂浆时，为确保塑料注水管能被水泥砂浆均匀地包裹起来，使其具有可靠的耐压强度，可在管的一端，距端头200mm处圆周上焊上塑料板条或黏上木条以扶正注水管。塑料板条或木条长80mm、宽10mm，与管接触的一面呈凹弧形，曲率半径与管的曲率半径相同。3条板条或木条在管的圆周上互成120°，在轴线方向上，各板条或木条首尾相距30mrn。黏木条后的分布圆直径应比钻孔直径小3mm～4mm。水泥砂浆层厚不得小于13mm。炮采工作面注水既可采用聚氯乙烯硬管，亦可采用外径为17mm或21mm的钢管作为注水管。采用钢管时可不焊接板条。b.泥浆堵头常用方法是在注水管上距前端管口150mm处横插一个比封孔直径短的棒，将布条或棉纱均匀分布在管的圆周上，在棒的前头用钢丝捆紧。捆有布条处的直径要比封孔直径小一些，以保证能顺利送进孔内。C.封孔施工将捆有布条的注水管先送进钻孔，随后逐根送入孔内。管接头的螺丝扣要缠上密封胶带或涂上白铅油并加麻绳，严密连接。送完注水管后，将注水管轻轻向后拉一下，使布条在孔内固紧。二、知识链接向封孔段送水泥砂浆的方法基本上有以下四种：图3—6水泥砂浆封孔后的状况示意图1一钢丝；2一棉纱；3--水泥砂浆；4一塑料管；5－支撑板；6-—管接头；7---钢管；8一堵孔木塞；9—注浆管接头；10——连接螺母；11一注浆夹布胶管图3一7送泥器示意图1—拉杆；2--接头；3—套筒；4一垫圈；5--活塞；6--密封圈；7一螺栓二、知识链接水泥砂浆封孔泵注浆。向孔内注浆前1d～2d，先在孔口用水泥固定一个木塞。木塞上有两个通孔，一个孔穿过注水管，一个孔安装注浆接头。注浆时，用夹布胶管将注浆接头与专门用于封孔的SLB—1型水泥砂浆封孔泵连接起来。封孔后的状况如图3—6所示。水泥砂浆的水、灰、砂比为0．5：1：1。为使水泥砂浆固化后的收缩量尽可能小一些，水的用量应以水泥砂浆呈稠状为准。当封近水平钻孔时，为确保封孔质量，最好采用硅酸盐膨胀水泥。砂子要过筛，控制粒径在2mm以下。采用水泥砂浆封孔泵注浆，只要能满足水泥砂浆层厚不小于13mm，就可不再扩孔。灌注水泥砂浆。该方法主要用于钻孔倾角大、封孔深度浅的下向孔。将灰砂比为1：2的稀水泥砂浆倒入注水管与钻孔之间的环形空间即可完成封孔。灌浆时，封孔段不得有积水。送泥器送泥封孔。将灰砂比为1：2的灰砂掺合均匀，用水拌成炮泥状，然后填入如图3—７所示的送泥器中。把送泥器送进钻孔，将接头2与钻杆连接起来，一直接到扩孔段的孔底，再通过高压软管将钻杆与注水泵连接起来。开动水泵即可将灰砂泥送进钻孔预定位置。送泥时需用力抵住钻杆后退。如此反复进行，直至填满钻孔。每送进两次，需沿钻孔拨动一下注水管，以改变具位置。采用的注水管以Ｄg15的普通钢管为宜。人工送泥。当钻孔倾角较小和封孔深度较浅时，可采用此法。即用水将水泥和砂拌成炮泥状，用月牙形铁铲送进孔内并捣实即可。二、知识链接B.封孔器封孔主要介绍以下两种方式：a.YPA型水力膨胀式封孔器封孔。将这种封孔器(见图3—8)与注水管连接起来，送至预定的封孔位置，通过高压软管与水泵连通。开泵后，封孔器胶管在水压作用下膨胀，封住钻孔，水从喷嘴经挡水罩流出，进入钻孔。注水结束后，封孔器胶管将随压力下降和消失而逐渐恢复原状，然后取出再用。使用时，有时会因地压大造成钻孔缩小或塌孔，使封孔器难以取出。机采工作面使用时应注意，一旦取不出封孔器，要保证不造成采煤障碍。

图3—8YPA型水力膨胀式封孔器

1一挡水罩；2—喷嘴；3—O型封圈；4—外套；5—芯子；6—胶管二、知识链接b.MF型摩擦式封孔器封孔将这种封孔器(见图3—9)与注水管(钢管)连接起来，送至钻孔的封孔位置，顺时针旋动注水管使其向前移动，橡胶密封筒被压缩膨胀，封住钻孔，然后注水。注水结束后，逆时针旋转注水管，密封胶筒卸压并恢复原形，然后取出再用。图3—9MY型摩擦式封孔器1一注水管；2—连接器；3—推压器；4一垫圈；5—橡胶密封；6—中间隔垫；7一短管螺母；8—安全销二、知识链接⑦注水压力我国注水经验，一般静压注水水压不超过2450kPa，动压注水水压一般可达到4900～19600kPa左右。⑧注水流量静压注水流量一般为：0.001～0.027m3/h·m；动压注水量一般为：0.02～0.24m3/h·m。⑨注水量一般地煤层注水每个钻孔的注水量为：Q=L1BMrq式中：Q—每孔的注水量，m3；r—煤的密度，t/m3；L1—工作面长度，m；B—钻孔间距，m；M—煤层厚度，m；q—吨煤注水量。一般为0.03m3/t。在实际工作中，要根据实际情况来来确定钻孔间距和注水量，而且还可以在水中加入湿润剂，以提高湿润速度和范围，从而达到好的防尘效果。如阳泉一煤矿，在水中加入0.5%浓度的洗衣粉，注水速度会提高25%，前苏联广泛用专用湿润剂，湿润范围扩大50%。⑩注水时间实践工作中应避免出现等待注水的现象。一般来讲，采煤工作面深孔注水，应有半个二、知识链接月左右的提前量。过早注水，采煤时煤体会失水干燥；过晚注水，煤体不能充分湿润，会影响防尘效果。单孔注水实践中以煤壁渗水为参照，经验公式如下：单孔注水时间为：

T=Q/V

式中：T—注水时间，h；Q—钻孔注水量，m3；V—注水速度，m3/h。(2)短孔注水工艺及参数确定(一般按经验取)①钻孔直径一般取40～50mm。②钻孔长度一般取L＝Ld+0.25

式中L——钻孔长度，m；

Ld——工作面日推进度，m。③钻孔间距一般等于钻孔长度④封孔深度封孔深度一般为0．6～1m。⑤注水压力软煤0.6～１.0MPa；硬煤1.0～１.8MPa；很硬煤可取2.5MPa左右。⑥注水速度一般取10～２０Ｌ／min。二、知识链接⑦每孔注水量

q=K·n·Vc×100%

式中q—每孔注水量，L；Ｋ—漏水系数，取1.2；

n—湿润系数，取2.5%；Ｖc—湿润体积，m3,Ｖc=LBM；其它符号同前。⑧注水时间单孔注水时间一般为10～15min，见煤壁出汗即可停止注水。(3)深孔煤层注水工艺及参数确定深孔注水又分中深孔和深孔注水两种。中深孔深度，一般为两个日进度，其特点和参数确定类似于短孔而介乎短孔与深孔之间，采用中深孔注水时，可参照短孔和深孔注水部分。①钻孔直径一般取40～40mm。②钻孔长度一般取L＝（5～６）Ld二、知识链接式中L——钻孔长度，m；

Ld——工作面日推进度，m。③钻孔间距合理的钻孔间距可用下式计算：

B=√(2L)

.l

式中Ｂ—钻孔间距，m；

l—封孔长度，m。④封孔深度封孔深度≥B0(破碎带宽度)⑤注水压力最小注水压力用下面经验公式计算:P0=15.6-7.8/(0.01H+5)式中P0—给定条件下的最小注水压力，MPa；

H—开采深度，m。⑥注水速度一般取10～25Ｌ／min。⑦每孔注水量q=qyrLBM

式中q—每孔注水量，L；

qy—吨煤耗水量，（15～30）L/t；其它符号同前。二、知识链接⑧注水时间单孔注水时间同前。4）注水系统和注水设备(1)注水系统煤矿煤层注水的设备、管道、仪表等合称为注水系统。煤矿注水系统分为静压注水系统和动压注水系统。利用管网将地面上的水通过自然静压差导入钻孔的注水方法叫静压注水。静压注水采用橡胶管向每个钻孔中的注水，供水管连接起来，其间安装有水表和截止阀，干管上有压力表，然后通过供水管与地表或上水平面水源相连。静压注水大多采用多孔连续注水，注水系统如图3—10所示。利用水泵或风包加压将水压入注水孔注水的方法叫动压注水。水泵可以设在地面集中加压，也可以设在注水地点加压。动压注水系统有两种：单孔注水系统和多孔注水系统。现已广泛采用动压多孔注水系统，如图3—11所示。（２）注水设备煤矿注水设备有钻机、水泵、封孔器、分流器，水表等。常用的钻机有KHYD40KBA型，TXU-75型和ZMD-100型。最大的钻孔深度可分别达80m,75m,100m。二、知识链接图3－10静压注水系统示意图1－三通；2－水管；3－截止阀；4－水表；5－压力表；6－封孔器；7－注水管图3—11动压多孔注水系统示意图1—堵头；2一三通；3一高压阀门；4一分流器；5一压力表；6—注水管；7一封孔器；8—高压水管；9—单向阀；10—高压水表；11一注水压力控制阀；12一注水泵；13--水桶；14—供水管二、知识链接

常用的封孔器为YPA型水力膨胀式封孔器和MF型摩擦式封孔器。常用的分流器为DF-1型分流器，压力范围为0.49～14.7Mpa，节流范围大约为0.5,0.7,1.0m3/h。常用的水表及压力表有DC-4.5/200型注水表，耐压20MPa,流量4.5m3/h,此表适用于注水压力大于1MPa时使用；当压力小于1MPa时，可采用普通自来水表。注水压力表为普通压力表，选择时要求压力表量程应为注水管中最大压力的1.5倍，水泵出口端压力表的量程应为泵压的1.5～2倍。5）注水效果及检查方法(1)注水效果①防尘效果煤层注水的防尘效果表现为采煤时空气含尘量的降低。各种注水方式的降尘率为：短钻孔注水为40％一90％；深孔注水为90％左右；长钻孔注水为60％一90％。②其他效果二、知识链接煤层注水以后能取得以下各种效果：有可能抑制瓦斯涌出降低工作面和回风流中的瓦斯浓度；水中加入适量的碳酸钠，能抑制硫化氢的涌出；能降低工作面的气温1℃一3℃；能降低水的硬度，容易开采，提高生产效率；可降低炸药、雷管或截齿的消耗，降低采煤机的采煤功率；能缓和冲击地压；煤层受到充分湿润时．有可能蓣防煤与瓦斯突出。(2)注水效果的检查方法①防尘效果的检查方法为检查煤层注水的防尘效果，应在采取煤层注水措施前后分别对尘源处的浮游矿尘浓度进行测定，在尘源前面和后面同时测定，降尘率η的计算公式为：

η=1-(C2′-C1′)/(C2-Cl)式中C2——开采未注水煤层时，尘源下风侧风流中的矿尘度，mg／m3；

Cl——开采未注水煤层时，尘源上风侧风流中的矿尘度，mg／m3；C2′——开采注水煤层时，尘源下风侧风流中的矿尘浓度，mg／m3；

C1′——开采注水煤层时，尘源上风侧风流中的矿尘浓度，mg／m3。（2）煤体湿润效果的检查方法一般都以煤体水分增加1％作为确定湿润范围的标准。湿润范围及湿润程度的检查方法有以下两种：观察法短孔及深孔注水时在工作面、长钻孔注水时在注水的巷道内观察钻孔两侧煤壁或煤帮“出汗”的位置，从而确定出湿润范围。分析法从采煤工作面的煤壁上采取煤样；分析注水前后的水分变化，确定湿润范围和湿润度。任务二通风除尘知识点◆了解矿尘了解在井巷中的沉降;◆了解矿尘的扩散技能点◆熟知通风排尘的风速和风量一、相关知识1．通风除尘的基本概念矿井通风排尘是指稀释与排出矿井空气中的矿尘的一种除尘方法。矿内各个产尘点在采取了其他防尘措施后，仍会有一定量的矿尘进入矿井空气中，如果不及时通风稀释与排出，将由于矿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。2．矿尘在静止空气中的沉降1)单一尘粒的运动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，阻力亦随之增大，当阻力、浮力、重力平衡时，尘粒的沉降速度将达到最大的也是恒定的数值，尘粒即以此数值作等速运动，此时的速度称为尘粒的沉降速度。

尘粒的沉降速度和粒径的平方成正比，所以较大的尘粒能较快地沉降，而对人体危害较大的细微尘粒，则能长时间地悬浮于空气中。

一、相关知识

2)矿尘在井巷中的分布对于矿尘群，由于其形状、体积的不同，其流动是非常复杂的。另外，由于流动的空气中存在着脉动风速，一方面促进尘粒扩散下沉，另一方面又能阻止尘粒的重力沉降。所以风流中的尘粒沉降大多用经验公式计算。

尘粒在流动空气中的沉降速度仍然与粒径的平方成正比。沉积矿尘(以煤尘为例)在井巷内的分布，经观察得知：悬浮于空气中的矿尘一部分随风流带出矿井，而大部分却沉积在井巷里，回风巷内沉积量最多；从尘源开始，粒径大的先沉积下来，粒径小的则随风飘流沉积在较远的地方；就巷道断面来看，沉积在巷道顶板和两帮的矿尘粒径小的较多，而底板上的矿尘粒径大的较多，它们的质量分布是底板上最多，两帮次之，顶板最少。3．矿尘的扩散与抛射1)矿尘粒子的扩散粒子从高浓度区域向低浓度区域扩散，逐渐使浓度均一化,这一现象称扩散现象。在矿井生产中，由于扩散作用将增加空气中的矿尘浓度，而对降尘措施产生不利影响。在生产条件下，矿井矿尘在产生和扩散过程中所受的作用力主要有重力、机械力和风压力。微细矿尘靠重力作用的沉降速度是很小的，一般不考虑重力作用。尘粒在机械力的作用下可获得较高的初速度，依惯性作用而向某一方向运动，但速度的衰减非常快。矿尘靠机械力给予的动能也是不能飞扬扩散多少距离的。在矿井里，尘粒的扩散主要受控于风流。矿内风流速度一般在0.15m／s以上，远大于重力和机械力所能给予尘粒的速度，能完全控制尘粒的扩散和运动。按风流力的不同作用，大体可分为两种：一、相关知识(1）一次尘化气流一次尘化气流是在产尘过程中同时产生的气流，如车辆运行、煤岩垮落、割煤机滚筒旋转诱导的气流和爆破冲击波等。一次尘化气流是使矿尘飞扬扩散于作业空间的主要动力，但作用范围是有限的。从防尘角度讲，应具体分析了解每一生产工艺中产生一次尘化气流的过程，采取相应措施，尽量减小其对矿尘的扩散作用或将气流控制于一定的空间内。

(2）二次气流二次气流是指外部进入产尘空间的气流，主要指井下风流。其他如凿岩机的排气、风筒漏风等也属于此类。二次气流可使飞扬于空气中的矿尘向更大范围扩散和蔓延。控制其造成污染的最好方法是加强通风、排出矿尘。2)尘粒的抛射粒度不同的尘粒以很大的初速度通过空气抛出，然后由于空气的摩擦阻力，尘粒运动速度减慢，最终由于重力作用而达到沉降。在井下回采时的截割、装运、掘进中的钻进及各种装卸工序中都有尘粒的抛射现象发生。二、知识链接

１．通风排尘的风速 １）矿尘的悬浮与运动对于紊流运动，风流除了在流动方向上具有速度外，横向上还有脉动速度。矿尘在风流中运动，必须处于悬浮状态。使矿尘处于悬浮状态的风速称为悬浮速度，其值与矿尘的沉降速度相等，方向相反。在平巷中，风流方向与矿尘沉降方向垂直，风流的推力对矿尘的悬浮没有直接的作用，使矿尘悬浮的主要速度，是垂直方向的脉动速度，所以必须是紊流而且要有足够大的风速。在垂直井巷中，风速方向与矿尘沉降方向平行，只要风速大于矿尘的悬浮速度，矿尘即能随风流一起向上运动。矿尘随风流运动时，由于有风流的横向速度、矿尘的沉降速度以及尘粒形状不规则等因素的影响，其不是作直线运动，而是在作不规则的曲线运动。矿尘颗粒间、尘粒和巷壁之间均存在有摩擦、碰撞以及粘着作用。因此，含尘空气在运动中，矿尘浓度将发生变化。２）最低排尘风速能促使呼吸性矿尘保持悬浮状态，并随风流运动的最低风速，称为最低排尘风速。在实验室和矿井巷道中，对最低排尘风速进行了专门的实验研究，结果认为，巷道平均风速为0.15m／s时，能使5μm～7μm的矿尘在无支护巷道中保持悬浮状态，并使随风流运动的矿尘，在断面内的分布均匀。因此，煤矿安全规程》规定：运输巷、采区进回风道、回采工作面、掘进中的煤巷及半煤岩巷，允许最低风速为0.25m／s；掘进中的岩巷、其他通风人行巷道允许最低风速为0.15m／s。3）最优排尘风速排尘风速逐渐增大，能使较大的尘粒悬浮并将其带走，同时增强了稀释作用。在连续产尘时，矿尘浓度随着风速的增加而降低，说明增加风量，稀释作用是主要的。当风速增加到一定数值时，矿尘浓度可降低到一个最低值，此时风速称为最优排尘风速；风速再增大时，矿尘浓度将随之再次增大。一般来说，掘进工作面的最优风速为0.4m/s～０.7m/s，机械化采煤工作面的风速为１.５m/s～２.５m/s。

二、知识链接4)矿尘的二次飞扬沉积于巷道底板、周壁以及矿岩堆等处的矿尘，当受到较高风速的风流作用时，能再次被吹扬起来形成矿尘的二次飞扬。能够使矿尘二次飞扬的风速大小，受到矿尘浓度、密度、形状、湿润程度、附着情况等许多因素的影响。根据试验观测资料，一般情况下，风速大于1.5m／s～2m／s时，就有吹扬矿尘的作用，风速越高，吹扬矿尘的作用越强。矿尘的二次飞扬能严重污染矿内空气，除控制风流外，增加矿尘的湿润程度是常采用的有效防治措施。《煤矿安全规程》规定，采掘工作面最高允许风速为4m／s。2．排尘风量的确定1）按排尘风速计算风量

Qpc=vg·S

（4—1）式中Qpc—排尘风量，m3/s；S—巷道断面面积，m2；vg­­——排尘风速，m/s。2）按稀释矿尘浓度计算Qpc=G/(Cn-C0)（4—2）式中G—产尘强度，mg/s；Cn一允许的矿尘浓度，mg／m3；C0—进风的矿尘浓度，mg／m3。其他符号意义同前。任务三喷雾降尘和除尘器除尘技术知识点了解喷雾降尘的作用及分类熟知各种喷嘴的适用地点了解除尘器的分类技能点熟知影响喷雾降尘效率的主要因素熟知喷雾降尘、除尘器除尘的应用能正确选择不同地点的喷雾喷嘴和除尘器一、相关知识1．喷雾降尘的概念根据矿尘的湿润性，采用喷射水雾捕捉悬浮于空气中的矿尘，称喷雾降尘,俗称喷雾洒水，主要包括采掘机械的内、外喷雾洒水和井巷定点喷雾降尘。它是湿式降尘技术中主要一种,是矿井综合防尘的主要技术措施之一。2.湿式降尘机理湿式降尘的机理可概括为两个方面：一是尘粒与水接触时直接被水捕获；二是尘粒在水的作用下凝聚性增加。这两种作用使矿尘从空气中分离出来。1）惯性作用水滴以一定的速度进入含尘空气，并占据一定的空间，含尘风流通过水雾滴时，风流围绕水滴流动。但是尘粒密度较大，因惯性作用而保持其运动方向。因而与水滴碰撞并粘附于水滴上，被水滴所捕获，起到降尘作用。２）凝聚作用矿井空气中含有水分，当温度降低到露点时，在尘粒表面能形成凝结水增加了尘粒的直径和湿润性，有利于被水滴捕捉和互相凝集成大颗粒而沉降下来。一、相关知识

3．影响湿式除尘的主要因素1）水滴的粒度水滴粒度大小是影响捕尘效率的重要因素，对于不同粒径的矿尘，有一捕获的最宜水滴直径范围，一般认为尘粒越小，最宜水滴直径亦小。实验测定结果认为，水滴直径为尘粒直径的100～150倍为宜。在同样喷水量情况下，水滴越细，总表面积越大，在空气中的分布密度越大，则与矿尘的碰撞机会越多，但水滴过小，在沉降过程中，容易蒸发。２）水滴与尘粒的相对速度水滴与尘粒间的相对速度越高，其冲击能量越大，越有利于克服水的表面张力而湿润捕获尘粒。但因风流速度高而使尘粒与水滴的接触时间缩短，也降低捕尘效率。３）喷雾水量与水质单位体积的空气中的喷雾洒水量越多，捕尘效率就越高，但所用动力亦增加。使用循环水时，需采取净化措施，如水中微细粒子增加，将使水的粘性增加，且使分散水滴粒度加大，降低捕尘效率。４）矿尘的性质矿尘的湿润性对湿式捕尘有重要影响。不易湿润的矿尘(疏水性矿尘)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。密度大的矿尘相对易于被水捕获。空气中的矿尘浓度越高，喷雾洒水的效率也越高，但排出的矿尘浓度也越大。4.除尘器除尘所谓除尘器(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。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。通常，矿用除尘装置多为湿式除尘，是通过尘粒与液滴的惯性碰撞进行除尘的。二、知识链接1.喷雾器及技术性能1）喷雾器的分类（1）按其动力可分为水力和风水联动两大类。①水力喷雾器a．单水喷雾器压力水经过喷雾器，靠旋转的冲击力作用，使之形成水幕喷出。◆优缺点:水喷雾器结构简单、轻便，具有雾粒较细、耗水量少、扩张角大等特点，但其射程较小，适用于固定尘源喷雾，如采掘工作面运输机接头、翻罐笼、煤仓、装车站等处的喷雾降尘率。单水喷雾器对捕捉5μm以下的矿尘，降尘率一般不超过30％，但若提高水压、减小出水孔径，可增加喷射速度和雾滴分散度，提高降尘率。b．引射式喷雾器引射式喷雾器是根据引射涡流原理制作的一种新型喷雾器。其特点是带有引风筒或引风罩，在喷雾的同时造成一股引射风流，具有二次雾化作用，提高了雾化质量。具有结构紧凑合理、尺寸小、质量轻、使用方便可靠、降尘效果好等优点。多用于煤矿采煤机的外喷雾。目前生产有三种型号：PU、PUN及PN型，其中PUN和PN型还可作采煤机的内喷雾洒水用。②气水喷雾器气水喷雾器是根据压气雾化液体的原理设计的，即借助于压气的作用，使压力水分散成雾状水滴并喷射出去。气水喷雾器具有雾化程度高、喷雾射程远等优点。在压力不小于0.3MPa～0.4MPa、耗水量10L／min～12L／min的情况下，能达到5m以上的射程，且水雾细密度大，对呼吸性矿尘的捕获效果显著。一般捕尘效率可达90％。二、知识链接（２）喷雾器按喷出的雾流形状分为四种类型即雾流呈锥面实心的锥形喷嘴，雾流呈锥面空心的伞形喷嘴，雾流呈平面扇形的扇形喷嘴，射流呈束状的束形喷嘴。喷嘴按喷口数量分为单孔喷嘴及多孔喷嘴。适用于1.0×107～1.5×107Pa的喷嘴称为高压喷嘴。２）各种类型喷嘴的适用地点各种类型的喷嘴有各自的使用范围和条件，应根据尘源情况、喷雾环境和条件等因素选用合适的喷嘴类型及喷口尺寸的喷嘴喷嘴类型适用地点锥形喷嘴采煤机内喷雾、采煤机外喷雾、掘进机喷雾爆破喷雾、净化水幕、液压支架的喷雾伞形喷嘴采煤机内喷雾、采煤机外喷雾距尘源较近的地点风流净化水幕、输送机及转载点喷雾、装岩机喷雾扇形喷嘴采煤机内喷雾、采煤机外喷雾束形喷嘴采煤机内喷雾多孔喷嘴罐笼、装车点等瞬时产尘量大的尘源地点爆破喷雾、风流净化水幕高压喷嘴主要用于巷道掘进的爆破喷雾压气喷嘴主要用于巷道掘进的爆破喷雾二、知识链接3）喷雾装置性能评价主要指标评价喷雾装置性能的主要指标有：喷水压力、耗水量、喷射角、喷水密度（即单位时间、单位面积上的喷水量）、射程、水滴平均直径以及水滴大小的分布等。在不同的应用条件下，对这些指标的要求也不同。4)喷雾降尘自动控制装置介绍(1)ZKQ2－40型机械控制自动喷水控制器

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ZKQ2－40型自动喷水控制器（以下简称自控器）普遍用于煤矿井下及地面各行业转载运输系统皮带输送机、矿车运输、矿车翻笼等处自动喷雾降尘。●原理：以用作皮带输送机喷雾降尘为例。当皮带输送机空载运转时，皮带恰好不与驱动轮接触，因此供水阀保持关闭。同样，当皮带不动时，驱动轮也保持静止，因此供水阀也保持关闭状态。只要皮带机一旦运送物料，哪怕物料很轻，也会使皮带下垂一定距离，并带动驱动轮旋转，从而打开供水阀使水喷出降尘。●自控器在带式输送机上的安装①将自控器安装在带式输送机上胶带下面，该设备箭头方向与胶带运行方向一致。②安装点选择带式输送机两个托辊支架之间，使转轮正好处于胶带下垂度最大之处。③安装底板时，要使传动轮位于上胶带(空载状态)下约4mm。

二、知识链接④安装好底板后，用套筒或梅花扳手扭动调节螺丝，把传动轮运动画调到离“空载”胶带下约2mm处。⑤最后通过软管将水源、自控器、喷嘴连接通喷嘴安装点应根据产尘地点确定1~3支喷嘴即可。图4—1自控器用于带式输送机上的安装示意图。

二、知识链接(2）TJ—1型冲击波自动喷雾控制箱●

TJ—1型冲击波自动喷雾控制箱是用于矿井井下炮掘工作面的全自动喷雾灭尘装置●工作原理该控制箱是利用工作面爆破后产生的冲击波能量使受波屏动作，并通过机械传动系统自动开启水阀，使喷雾帘喷雾灭尘。喷雾达到规定时间后，自动关闭水阀，喷雾停止。第二次爆破时再自动喷雾。●安装与调试安装：①将控制箱携至距爆破点50m以内的地方，且顶板完好的巷道一侧，并使控制箱的“出水”管口指向工作面，然后将该箱吊挂在顶板(或放置在底板)上。②接进、出水管，进水管口用胶管或钢管与水源连接，出水管口用胶管与喷雾头(或喷雾帘)连接。③将控制箱调到水平状态。④将箱内水盒置于翻倒并自行锁定位置。调试：根据喷雾时间要求，调节时间控制器；以满足自动控制的要求。根据安装地点距爆破点的距离远近，调节弹簧盒盖，以保证装置的灵敏度。安装、调试好后，打开水源阀门，该控制箱即进入自动工作状态。●使用与维护①使用过程中，一定要使出水管口指向工作面(即受波屏要迎向工作面)。②控制箱与水平倾角不能大于土10°。③不得随意拆卸或调节各部件。④防止撞击，以免引起外壳严重变形和机内零件受损。

二、知识链接

(3）KCHl型矿用定时全自动喷雾装置主要用于煤矿井下、煤岩运输大巷、井底车场、煤场、输送机等地点的矿尘环境，用来喷雾除尘，改善矿尘作业环境。图4—4主机和探头安装图1—热电释头；2—电源线；3—主控器；4—电磁阀；5—喷头；6—供水闸门图4一5红外探头安装俯视图

注意：探头A和B均装于井壁上方壁孔内，迎向行人(或人车)方向，壁孔装上小铁门，可防止“冲洗水柱”的损坏。

二、知识链接(4)HW—91型自动洒水装置

HW—91型自动洒水装置有声控、光控、触控三种不同类型的产品。这套装置可用于煤矿主要通风巷道、运输大巷、车场、煤仓、输送机转载点等处的洒水降尘，净化空气，可在有瓦斯、煤尘爆炸的场所中使用。

图4—6水路安装示意图1一主水管路；2一手动阀门，3一防爆电磁阀；4一喷头图4—7光控自动洒水装置的安装布置示意图1一控制箱；2一接收头；3一发射头图4—8a声控自动洒水装置安装布置示意图l一声控头；2一控制箱；3一支架图4—8b声控自动洒水装置安装布置示意图二、知识链接2.除尘器的种类和特性●目前我国常用的除尘器有SCF系列除尘风机、KGC系列掘进机除尘器、JTC系列掘进通风除尘机、TC系列掘进机除尘器、MAD系列风流净化器、PSCF水射流除尘风机及奥地利AM—50型掘进机除尘设备，德国SRM—330掘进除尘设备等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和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，把纤维层上游和水珠、水膜的除尘作用综合在一起的除尘装置。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机率增加，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，即将捕集的矿尘带下，起到了经常清灰的作用，能保持除尘效率和阻力的稳定；并能防止矿尘二次飞扬。图4—10JTC-1型掘进通风除尘器

1一进水管；2一截止阀；3一压力表；4一湿式过滤器箱；5一脱水筒；6一旋流叶片；

7一集水环；8一阀门；9一排水管；10一脱水器脚架；11一过滤器;12一泥浆槽；13一脚架二、知识链接

2)湿式旋流除尘风机

这种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.主要由湿润凝聚筒、通风机、脱水器及后导流器四部分组成。图4—11湿式旋流除尘风机1一压力表；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—后导顺器导流片；11—后导流器；12—泄水管；13—贮水槽；14—局部通风机；15—发雾盘；16冲突网框；17一观察门；18—凝聚湿润筒；19—喷雾器二、知识链接

含尘风流进入湿润凝聚筒后即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，经反复湿润和凝聚后，在第二级叶轮的作用下产生旋转运动，并进入脱水器；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，有效通风断面面积为0.165m2。湿式旋流除尘风机在使用AM—50型掘进机的工作面配以可伸缩风筒作抽出式通风，除尘效果显著。二、知识链接3)旋流矿尘净化器这是—种利用喷雾的湿润凝聚及旋流的离心分离作用除尘的装置，应用于掘进巷道的风流净化。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，为此，其进、排风口的断面应与所选用的风筒断面相配合。其进风断面变化处安设有圆形喷雾供水环，水环上成120°角安3个喷嘴；筒体内固定支撑架上装有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10°~20°；排风侧设有迎风45°角的流线型百叶板；简体下侧设有集水箱及N型排水管。二、知识链接图4—12MAD—Ⅱ型风流净化器吊挂环；2—流线形百叶板；3—支撑架；4—带轴承的叶轮；5—喷嘴；6—喷嘴给水环；7—风筒卡；8—卡紧板螺栓；9—回收尘泥孔板；l0—集水箱；11—回水N形管；12—滤流器

二、知识链接净化器工作时，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。含尘风流由风筒进入净化器后，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，再一次捕集分离。迎风百叶板前后设清洗喷雾，可定期清洗积尘。

MAD—Ⅱ型风流净化器适用于一切入风源有矿尘污染的局部通风机通风作业场所，可与各种干式抽出风机配套