3第三章煤矿综合防尘技术

1第三章煤矿综合防尘技术2第三章煤矿综合防尘技术•防尘技术措施分类•通风除尘•湿式作业•净化风流•个体防护•加强粉尘浓度监测3•重点：掌握煤矿粉尘综合防尘技术的种类、原理4国内外发展情况•国外：高压喷雾添加抑尘剂湿式除尘风机负压吸尘滚筒泡沫除尘•美国、澳大利亚、波兰、俄罗斯、英国、德国5我国煤矿粉尘防治技术发展概况•国内：科技攻关—“六五”、“七五”、“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”•煤科总院、中国矿业大学、北京科技大大学、华中科技大学6•综合防尘体系中的核心技术是煤层注水.•20世纪50年代中期煤科总院开始进行研究，到60年代较系统地进行煤层注水机理及工艺的研究。70年代研制出煤层注水专用的高压注水泵及配套注水仪表和器具，形成了煤层注水成套技术。7•80年代先后研究成功:•采煤机内外喷雾降尘技术•机采工作面含尘气流控制技术•液压支架自动喷雾降尘技术•综采放顶煤工作面综合防尘技术•机掘工作面通风除尘技术•湿式和干式掘进机用除尘器•锚喷除尘器、转载运输系统自动喷雾降尘、泡沫除尘等多种降尘技术与装备。8•针对一般防降尘技术对呼吸性粉尘降尘效果差的难题，于90年代又进行超声雾化、荷电喷雾、高压喷雾等高效喷雾降尘技术的研究，使呼吸性粉尘的降尘率达到90%左右。•二次除尘9第一节防尘技术措施分类10矿尘治理的基本技术途径通常有减尘、降尘、除尘、隔尘措施和加强粉尘浓度监测五个方面。综合防尘技术分为：通风除尘、湿式作业、（密闭抽尘）、净化风流、个体防护及加强粉尘浓度监测等。11一、减尘技术•减尘是指减少和抑制尘源产尘,从而减少井下空气中煤尘的浓度。•一是减少产尘总量和产尘强度；•二是减少呼吸性矿尘所占的比例。•减尘是防尘技术措施中最积极最有效的措施。主要通过向煤岩体注水、湿式打眼、湿式作业等措施。12•二、降低浮尘•一般采用喷雾洒水来降低浮尘。喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（喷嘴），在旋转及冲击的作用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中，用水湿润、冲洗初生或沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。13•捕尘作用：•①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，附着性增强，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，在重力作用下下沉；•②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；•③将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。14•国外研究表明：•在掘进机上采用低压洒水，降尘率为43%～78%，而采用高压喷雾时达到75%～95%；•炮掘工作面采用低压洒水，降尘率为51%，高压喷雾达72%，且对微细矿尘的抑制效果明显。15•煤矿井下洒水方式：人工洒水和喷雾器洒水。•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。•在煤尘的发源地进行喷雾洒水是降低井下空气中含尘量最简单、最方便而又比较有效的措施。适用于采煤、掘进、运输、提升及风流净化等各种作业场所。16•三、除尘措施•除尘措施有两种：一是通风排尘，二是除尘装置捕集除尘。17四、隔尘措施•隔离矿尘是指通过佩戴各种防护面具的个体防护措施以减少吸入人体矿尘的最后一道措施。•因为井下各生产环节虽然采取了一系列防尘措施，但仍会有少量微细矿尘悬浮于空气中，甚至有些地点不能达到卫生标准，因此隔离矿尘的个体防护是防止矿尘对人体伤害的最后一道关卡。18•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。1920第二节通风除尘•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，以降低作业场所的矿尘浓度。•→搞好矿井通风工作，能有效地稀释和及时地排出矿尘。21•一、通风排尘•1、一般巷道和工作地点的通风排尘•通风排尘技术是稀释和排出作业地点悬浮的矿尘，防止其过量积聚的有效措施。•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。22图3-1采煤机司机工作地点粉尘浓度与风速的关系图3-2粉尘浓度与最佳风速的关系P10623•最低排尘风速：能使对人体危害最大的微小矿尘（5µm以下）保持悬浮状态，并随风流运动而排出的最低风速。•《煤矿安全规程》规定，掘进中的岩巷最低风速不得低于0.15m/s，煤巷和半煤岩巷不得低于0.25m/s。24•最优排尘风速：能最大限度排除浮尘而又不致使落尘二次飞扬的风速。•一般来说，掘进工作面的最优风速为0.4～0.7m/ｓ，机械化采煤工作面为1.5～2.5m/ｓ，风速大于1.5～2m/s时，就具有二次扬起矿尘的作用，风速越高，扬尘作用越强。25•《煤矿安全规程》规定，采掘工作面的最高允许风速为4m/s。•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。26•2.掘进巷道通风排尘P75•1）掘进通风系统•选择合理的掘进除尘系统，是抽尘净化技术效果好坏的关键因素。掘进除尘系统有长压短抽通风除尘系统和长抽通风除尘系统两种：•（1）长压短抽掘进除尘系统•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（见图3-3）。27图3-3长压短抽通风除尘系统1-掘进机；2-短抽风筒；3-除尘器；4-长压局部通风机；5-长压风筒；lr和lc—分别为压入式和抽出式风筒口距工作面的距离；ld—压入式风筒口与除尘器重叠段的距离28•优点：–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的矿尘；–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。29•缺点：•1）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。•2）掘工作面采用长压短抽混合式通风除尘系统时，通过导风筒直接向工作面压入的新鲜风流，常会把掘进机割煤时所产生的煤尘吹扬起来，向四处弥漫，不利于除尘器收（吸）尘，影响了除尘效果。30•为了防止工作面含尘气流向外扩散、停滞以及瓦斯在巷道顶板的积聚，常在压入式风筒的末端安装附壁风筒（亦称康达风筒）改善风流分布状况。•一般常用沿巷道螺旋式出风的附壁风筒，其结构如图3-4所示。31图3-4附壁风筒螺旋状出风状态示意图32•（2）长抽掘进除尘系统•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巷，如图3-5所示。33图3-5长抽通风除尘系统1一掘进机；2一长抽风筒；3一除尘局部通风机（或抽出式局部通风机）34•长抽通风除尘系统又可分为以下两种形式：•A．前抽后压掘进除尘系统，如图3-6所示，主要适用于机掘工作面。•B．前压后抽掘进除尘系统，如图3-7所示，主要适用于炮掘工作面，对锚喷支护巷道效果甚好。35图3-6前抽后压通风除尘系统1一掘进机；2一长抽风筒；3一除尘局部通风机或抽出式局部通风机；4一压入式局部通风机；5一短压风筒36图3-7前压后抽通风除尘系统1—长抽风筒；2—长抽除尘局部通风机或抽出式局部通风机；3—压入式局部通风机；4—短压风筒37•长抽掘进除尘系统优点：–进入巷道的新鲜风流不受污染–劳动卫生条件好。38•缺点：–抽出式风筒长，成本高，阻力大，要求局部通风机风量大、负压高；–风筒中会产生矿尘沉积和集水现象，维护管理较复杂；–风筒进风口的抽风作用范围小。39•2）除尘对通风工艺的要求•(1)压、抽风筒口相互位置的关系•A.长压短抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr≤5SH(SH为巷道断面积)，压入式风筒口到除尘器排放口的重叠长度ld≥2SH。40•B.前抽后压时，压入式风筒口距工作面距离lr与长压短抽时相同（lr≤5SH），压入式风筒口与抽出式风筒口的重叠段长度一般为10～30m。41•C.前压后抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr≤5m，抽出式风筒口与压入式局部通风机的重叠段长度ld视巷道内的尘源（如喷浆支护等）情况而定，一般为10～20m。42•D.抽入口（吸尘口）距工作面的距离lc–长压短抽、长抽中前抽后压时，抽入口（吸尘口）距工作面4m之内有显著的吸尘效果；–前压后抽时，吸尘口距工作面的距离大于30m。43•(2)压、抽风量的匹配•A.采用除尘系统。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。•B.采用长抽短压（前压后抽）除尘系统。抽出风量应大于压入风量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。44•C.抽出风量的确定。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，并结合通风设备的现状，综合考虑压、抽风量。45•(3)长压局部通风机和长抽除尘局部通风机的安装位置•A.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。•B.长抽或长抽短压（前压后抽）除尘局部通风机应安装在掘进巷道回风侧，距巷道口的距离大于10m。46•(4)抽出式局部通风机与除尘局部通风机串联的要求•在长抽或长抽短压（前压后抽）系统中，当除尘局部通风机的能力不够时，应尽量采用同型号的局部通风机串联工作。47•采用间隔串联时，相邻两台串联局部通风机的间距应小于这两台局部通风机的风压作用长度，以避免循环风；采用集中串局部通风机之间应采用长度为0.5～1.Om。•带整流栅的风筒连接，也可用一段抽出式风筒连接，其长度应为风筒直径的10倍左右。48二、除尘装置捕集除尘•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置，又称集尘器或捕尘器。多用于煤岩巷掘进工作面。•根据是否利用水或其它液体，除尘装置可分为湿式和干式两大类。49湿式除尘的机理⒈通过惯性碰撞、接触阻留，尘粒与液滴、液膜发生接触，使尘粒加湿、增重、凝聚；⒉细小尘粒通过扩散与液滴、液膜接触；⒊由于烟气增湿，尘粒的凝聚性增加；⒋高温烟气中的水蒸汽冷却凝结时，要以尘粒为凝结核，形成一层液膜包围在尘粒表面，增强了粉尘的凝聚性。以疏水性粉尘能改善其可湿性。粒径为1~5μm的粉尘主要利用第一个机理，粒径在1μm以下的粉尘主要利用后三个机理。目前常用的各种湿式除尘器主要利用尘粒与液滴、液膜的惯性碰撞进行除尘。50（一）惯性碰撞•含尘气体在运动过程中与液滴相遇时，在液滴前Xd米处，气流开始改变方向，绕着液滴流动。而惯性大的尘粒要继续保持原有的直线运动。尘粒脱离流线后，由于空气的阻力，尘粒的惯性运动速度不断下降，从最初的v0一直下降到等于零为止（或者和液滴发生碰撞为止）。51气体流线停滞流线Xd气流方向d0vpoXs1234552•如果尘粒从脱离流线到惯性运动结束，总共移动的直线距离为Xs，当Xs/Xd＞1时，尘粒会和液滴发生碰撞，Xs/Xd值愈大，碰撞愈强烈，除尘效果愈好。53尘粒粒径、尘粒密度、气液相对运动速度愈大，液滴直径愈小，惯性碰撞除尘效率愈高。同时，并非是液滴直径越小越好，过小将会随气流一起运动。当液滴直径在补集粒径的150倍时最佳。54（二）扩散粒径在0.1μm左右时，扩散是尘粒运动的主要因素。当处理粉尘的粒径比较细小，在设计和选用湿式除尘器或过滤式除尘器时，应有意识地利用扩散机理。55除尘器分类根据主要除尘机理的不同，目前常用的除尘器可分为以下几类：⒈重力除尘，如重力沉降室；⒉惯性除尘，如惯性除尘器；⒊离心力除尘，如旋风除尘器；⒋过滤除尘，如袋式除尘器、颗粒层除尘器、纤维过滤器、纸过滤器；⒌洗涤除尘，如自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器；⒍静电除尘，如电除尘器。56空按除尘效率分类：低效、中效和高效除尘装置根据气体净化程度的不同，可分为以下几类：⒈粗净化主要除掉粗大的尘粒，一般用作多级除尘的第一级。⒉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去100-200mg/m3。⒊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尘浓度不超过去1-2mg/m3。⒋超净化主要除掉以1μm以下的细小尘粒，用于清洁要求较高的洁净房间，净化后的气含尘浓度视工艺要求而定。5