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1一、工作面超前动压区长钻孔双巷静压注水技术煤体注水是综合防尘措施中一项预防性治本措施，国外早在二十世纪20年代就已开始采用此法防尘，国内的煤体注水试验工作从50年代中期开始。但理论与实践都证明，并非所有煤层和所有工作面都适合注水。兖州矿区3层煤导水性很差(孔隙率为2.48～3.26％，单位吸水量约0.01536cm/MPa.s)，属极难注水煤层。兖州矿区从80年代就开始对煤体注水进行研究与探索，先后进行了“长钻孔超前静压注水”、“长钻孔动压注水”、“长钻孔高中压脉冲注水”等试验。试验证明，在上述各种注水方法中，以“长钻孔高中压脉冲注水”方法比较适合于矿区3层煤。它是兖州矿区创出的一种注水方法，原理：高压脉冲、中压润湿、低流量注水，即在压力大于11MPa的情况下，可使煤体裂隙增加，然后以5～6MPa的压力，低流量长时间注水，利于渗透，煤体水分增加率达到1.2％以上。但是这种注水方法易造成注水泵损坏，为此又研究探索了“工作面超前动压区长钻孔双巷静压注水”的方法，即利用工作面超前压力使工作面前方一定宽度的煤体产生较多的次生裂隙的有利时机，在该区域内实施长钻孔注水。这种方法使煤体内水份增加率达到1.8％左右，降尘率达到81％左右。这项注水技术，较成功地解决了极难注水煤层注水难的问题，介绍如下：21、注水区域的确定根据兖州矿区综放面矿压及深基孔观测资料表明，矿山超前压力对沿空侧顺槽的影响范围约50~60m，对实体侧顺槽的影响范围约为40~50m，而在距工作面5m内，次生裂隙过于发育，所以选择注水超前距离为30~40m，终止注水超前距离为5m。2、钻孔布置方式及钻孔参数钻孔布置形式为双巷错对钻孔。钻孔直径的选择，应与封孔方式相适应。当采用封孔器封孔时，应按封孔器的要求确定钻孔直径，如：当采用串球式封孔器封孔，钻孔直径应为65mm；当采用水泥封孔器时，钻孔直径一般为76-110mm，通常取90mm。双向钻孔的钻孔长度按下式计算：L=L1/2-15(1-1)式中：L为钻孔长度，m；L1为工作面长度，m。钻孔间距的大小取决于煤层的透水性、煤层厚度及煤层倾角等综合因素。合理的钻孔间距等于钻孔的润湿直径，通过注水试验表明，兖州矿区的钻孔间距以10～15m为宜。确定钻孔倾角的基本原则是使钻孔始终保持在煤层之中，施工中影响钻孔移位的主要因素是钻杆的下沉。3、煤体注水效果下面以鲍店矿1308综放面为例，考察“工作面超前动压区长钻孔双向注水”注水效果。1308综放面位于鲍店矿北翼一采区，倾斜条带长1270m，面长159m，煤层平均厚度8.5m，煤层倾角4°～15°，煤的普氏硬度系数=3.1～3.9，孔隙率为2.76%，自然含水率为3.0%，为倾斜长壁一次采全高陷落法开采。31)钻孔参数。注水钻孔布置形式为双向错对钻孔，为了增强注水效果，在水中添加了1.0‰的湿润济。其钻孔参数见表1-1。表1-1鲍店矿1308综放面煤层注水参数表2)注水参数和注水效果。根据工作面矿山压力规律，确定工作面注水范围为超前工作面6～35m。该综放面的实际单孔注水时间为6～7d，注水压力一般在3.0～4.0MPa，注水流量选择在1.5m/h，即吨煤注水量可达0.02～0.025m。表1-2是该工作面1993年4～6月份煤体注水水份增加情况。表1-2鲍店矿1308综放工作面煤体注水效果地点倾角(度)钻孔长度(m)封孔深度(m)封孔长度(m)孔间距(m)孔口距底板高度(m)施工要求运输顺槽11～14656.04.5102.3终孔至顶板岩石轨道顺槽4606.04.5101.2终孔至顶板岩石钻孔数（个）注水量（m3）可采煤量（t）吨煤注水量（t）原始水份（%）注水后水份（%）水份增加量（%）821019349480220.63.004.851.8543)煤体注水降尘效果。为了考察煤体注水的降尘效果，分别对注水前和注水后的粉尘浓度进行了测定。降尘率在未使用湿润济时为53%~80.2%，在使用湿润济时提高到75%~87.6%，见表1-3。表1-3鲍店矿1308面煤体注水前后粉尘测定结果对照表测尘点生产工序平均粉尘浓度(mg/m3)备注注水前注水后未用湿润济降尘率(%)使用湿润济降尘率(%)司机处割煤5452555311578防尘设施正常使用割煤回风侧(5~10m)割煤13203707233075放煤口放煤15703857119587.6放煤口回风侧(5~10m)放煤740237684880回风巷距工作面15m多工序作业13827.380.220854、技术评技兖州煤田的第三层煤，属难注水煤层，但实践证明，采用工作面超前压力区长钻孔双巷注水，是较有效的注水方式，能够取得较好的注水效果。5二、采煤机工作状态以负压二次降尘技术为主体的防尘技术“机组割煤”是综采面最大的产尘工序，是综采面防尘的关键。最好的防尘技术措施应针对煤尘的形成处，即：在截割技术和截割设备截割煤岩时，尽可能地减少粉尘的形成，其次是尽可能地在粉尘的形成点就近使粉尘凝聚。目前，所采取的措施是：改革采煤机滚筒参数，使之尽可能地减少煤尘的形成；改革采煤机的喷雾，使之更有效地降尘；实现机载加压泵，解决了高压水源的问题；采用高压荷电喷雾、负压二次降尘技术，高效率地除尘。1、选用产尘量小的采煤机滚筒采煤机割煤时，其产尘量主要是由截割滚筒决定的，它涉及到截齿的形状、数量、尺寸、布置方式、转速和采煤机的牵引速度，其中与产尘量关系较大的主要是截齿的形状、数量、截齿的安装方向以及滚筒的形状等，一般规律如下：截齿基本分为两大类，刀型截齿和镐型截齿。对裂隙较发育的脆性硬煤，镐型截齿比刀型截齿产尘少，裂隙不发育的硬煤，刀型齿比镐型齿产尘量少得多，夹矸多的煤层应采用重型截齿，镐型自转截齿对各种煤层都较适应。每个截齿必须有有效的工作空间，截齿数量要适当，如果太多，随后的截齿就会因截深太浅而产生大量粉尘，减少齿数、增大齿距，可减少产尘量。将采煤机滚筒上的截齿数从大约70个减至45个，粉尘浓度可降低25～30%，采出煤炭的块煤率也高得多。6按截齿安装方向分为径向截齿和切向截齿。螺旋滚筒的新式结构是采用切向截齿，同径向截齿对比，可减少粉尘浓度1/3～1/2。滚筒的形状在高速采煤时，对粉尘的形成有很大的影响，如圆柱形滚筒整个滚筒深度具有相同的输煤断面，块煤破碎多，产尘量大。而圆锥型滚筒和螺旋滚筒，由于滚筒排料端越来越大，输煤空间也变大，适应于各种不同的出煤量，煤块破碎少，再生粉尘的产生量小。表1-4是中国AM500采煤机滚筒和美国凯南麦特滚筒几种结构参数和产尘量的对比。由表1-4可以看出，凯南麦特滚筒比AM500型滚筒结构参数合理、产尘量小。表1-4AM500型和凯南麦特滚筒几种结构参数及产尘量对比项目AM500凯南麦特主要参数滚筒形状螺旋螺旋截齿类别刀形截齿镐形自转截齿截齿安装方向径向与径向夹角40～50°截齿数（个）6633截齿长度（mm）齿座外为75101.60粉尘浓度mg/m3机组回风侧10m处628.33447.00工作面回风距面10m处364.60229.5072、改进采煤机喷雾系统采煤机一旦出厂，其内喷雾系统就无法改造，因此，改善采煤机喷雾系统的重点，应放在改进采煤机外喷雾系统上。即在保留原有外喷雾系统不变的情况下，增设外喷雾。下面以“径向雾屏装置”为例予以介绍。采煤机“径向雾屏装置”即在采煤机两摇臂上分别安设一组径向雾屏装置,如图1-1所示。每一个径向雾屏由金属空腔Ⅰ、Ⅱ组成。金属腔Ⅰ呈长方形，长600mm，上有1～5号个喷头。金属腔Ⅱ呈弧形，长500mm，上有6～9号四个喷头，弧形半径R＝500mm，两金属腔用直径10mm高压胶管沟通，每一个喷头安装角度与滚筒轴心略偏向滚筒12°,呈径向喷雾。该装置所处位置在摇臂上，既接近尘源，又不易被砸坏，并能封闭尘源加以捕灭，是一种较理想的采煤机降尘装置。图1-1采煤机径向雾屏示意图83、采煤机机载高压荷电喷雾降尘技术1）高压荷电喷雾高效降尘机理高压喷雾不同于普通中低压喷雾主要在于喷雾压力和喷嘴结构。高压喷雾的喷雾压力一般要大于7.2MPa，高压喷嘴孔径一般小于1mm。高压喷雾单位体积内的雾粒数远远大于中低压喷雾。高压喷雾降尘过程可看作是一个液态雾粒与固态粉尘的凝结过程。高压喷雾降尘在很大程度上表现为惰性凝结、静电凝结和涡流凝结。高压水在通过喷嘴时，由于摩擦等作用使喷出的雾粒带有一定的电荷。通过技术测定，喷雾雾粒比例如表1-5、雾粒电荷如表1-6所示。表1-5高压雾粒比例测试结果粒度范围（μm）粒度比例（%）压力（MPa）高压组合喷嘴单孔高压喷嘴≤2880.3384.3012.529～848.137.3885～1407.225.821404.322.5表1-6φ0.8、φ1.0喷嘴喷雾雾粒荷电对比喷雾压力(MPa)雾粒比例（%）中性负电正电φ0.8φ1.0φ0.8φ1.0φ0.8φ1.02.524.527.247.536.828.038.05.016.228.348.338.235.533.57.513.521.655.243.831.134.610.010.818.562.448.626.832.912.510.614.066.251.623.234.19在雾粒与尘粒及空气组成的混合相中，带异性电荷的雾粒与尘粒产生电场力，雾粒捕捉粉尘的几率和凝聚力增强了，从而提高了降尘效果；对于带同性电荷的雾粒和粉尘，由于其排斥，增强了它们之间相互运动，从而加强了它们与异性电荷携带者的碰撞几率，同样提高了雾粒捕捉粉尘的能力。又因为呼吸性粉尘粒径小、重量轻，雾粒通过电场力的作用，运动能力增强，因而荷电喷雾对呼吸性粉尘的捕捉尤为突出。2）AM500型采煤机机载高压荷电喷雾高效降尘系统采煤机机载高压荷电喷雾降尘系统主要由采煤机机载增压泵和高压荷电的高效外喷雾装置组成，如图1-2所示。机载泵7是通过采煤机左电机供给动力，主要由传动/离合器、齿轮减速箱、液压阀组、泵体等组成，其目的是提供额定压力为12.5MPa，额定流量为80l/min的高压水源。液压阀组8起保护控制水压等作用。图1-2采煤机机载高压荷电喷雾系统1-多孔引射喷头；2-滚筒；3-摇臂；4-下风流分流臂；5-采煤机；6-高压软管；7-机载高压泵；8-液压阀组；9-单孔喷嘴；10-上风流分流臂;11-风流方向10高压荷电喷雾装置主要由组合型高压喷嘴、单头高压喷嘴、分流臂、阀门、管路等组成。在采煤机左右滚筒处分别安装的风流分流臂4、10上有引射组合喷头1和单孔喷头9，通过组合喷头的强力引射和高密度雾流将含尘气流引射到靠煤壁侧，并通过雾粒与粉尘的碰撞、凝结、沉降而将空气净化，而单头超细雾化喷头，则通过更细的雾粒，实现对呼吸性粉尘的有效捕捉，达到既降低总粉尘又有效降低呼吸性粉尘的目的。3）喷嘴参数及降尘效果（1)喷嘴参数高压组合喷头主要由喷嘴芯、螺纹旋流器、过滤器及快速接头等组成，主要技术参数如下：喷雾压力12.5MPa喷雾流量13.95l/min射程6.75m条件雾化角55°单孔高压喷头主要由喷嘴外壳、导水芯、过滤器及快速接头等组成，主要技术参数如下：喷雾压力12.5MPa喷雾流量3.01l/min射程4.25m条件雾化角45°11（2）降尘效果表1-7是机载高压荷电喷雾降尘装置的降尘效果。由表可以看出：逆风割煤时，采煤机司机处，使用前的全尘浓度为1861.7mg/m3，呼尘浓度为233.3mg/m3，分别降低为20.0mg/m3和5.9mg/m3，降尘率分别为98.9％和97.4％；采煤机回风侧10m处，使用前的全尘浓度为3074.2mg/m3，呼尘浓度为388.3mg/m3，分别降低为27.6mg/m3和7.7mg/m3，降尘率分别为99.1％和98.0％。表1-7机载高压荷电喷雾降尘装置的降尘效果工作面测试条件测尘名称粉尘类别无措施的粉尘浓度(mg/m3)高压喷雾粉尘浓度(mg/m3)降尘率(％)采高:2.8m;截深:0.686m;牵引速度:4.2m/min;工作面长度:194.3m;煤的硬度:f=2.2～3;喷雾压力:10～12MPa司机处(逆风割煤)