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第二部分:矿尘防治新技术主讲000概述•煤尘爆炸是煤矿的严重灾害之一。煤尘爆炸的主要原因之一就是有煤尘，而在采煤过程中，煤尘的产生又是不可避免的，每一个生产工序，如打眼、爆破落煤、割煤、放煤、移架、转载、运输等，都是产生煤尘的场所。煤尘的来源既有移动尘源，也有固定尘源，分布面很广。煤尘一旦产生，便会随风流而飘移，以浮游状态弥漫于整个作业空间与巷道中，此即浮游煤尘，最后沉降下的煤尘称为沉积煤尘。据统计，在无防尘措施条件下，炮采工作面的浮游煤尘浓度一般高达300～500mg／m3，而机掘机采工作面的浮游煤尘浓度则高达1000～3000mg／m3。浮游煤尘中最大尘粒直径为80um，而占85％以上比例的尘粒，其直径在40um以下。研究结果表明，lmm以下粒径的煤尘才具有爆炸性，而10～75／~m粒径的煤尘爆炸性最强。煤矿中的浮游煤尘和沉积煤尘的粒径恰在爆炸性最强的范围之内，因此具有极大的爆炸危险性。•煤尘除了会造成爆炸灾害之外，对人体健康的危害也极大。工人吸人煤(岩)尘后会罹患尘肺病，不仅给患者造成痛苦，缩短其寿命，还给企业和国家造成巨大经济损失。煤矿工人患尘肺病人数及死于尘肺病人数，在矿山工业中均居首位，这是煤矿一直未能解决的严重问题。•要消除或减轻煤矿粉尘的危害，就必须对矿井各种尘源，特别是对机械化采掘工作面主要尘源加强治理。煤矿粉尘的防治技术，从20世纪80年代起，随着采掘机械的广泛应用而得到了全面发展。尤其是在近10年来的科研攻关中，进一步地开展了煤矿粉尘防治技术的试验研究工作，取得了可喜的成果，并在煤矿生产中发挥了良好作用。第一章煤尘产生与扩散的控制技术•随着大功率采掘机及综采放顶煤开采工艺的广泛采用，煤尘产生量大幅度增加，煤尘浓度也随之升高。针对这种状况，必须采用新的防尘技术对主要尘源加强控制，进一步减少煤尘产生量。主要防尘新技术有：煤层注水防尘技术，新型采掘机喷雾降尘技术，液压支架移架、放顶煤喷雾降尘自动化技术及新型通风除尘技术与装备。实践证明，这些新技术是可行的，防尘效果是好的。第一节煤层注水防尘技术•煤层注水湿润煤体是采煤工作面防尘的基本措施。长钻孔煤层注水已被广泛采用，其降尘效果与煤层的裂隙和孔隙的发育程度、注水参数等因素有关，一般的降尘率可达到50％～85％以上。随着综采放顶煤开采工艺的广泛采用，长钻孔煤层注水的钻孔布置方式、封孔工艺、注水方法及装备也有了新进展。一、钻孔布置•采用综采放顶煤开采工艺开采厚煤层时，多数是一次采全高。由于水在煤层中沿垂直层理方向的渗透性很差，因此，在注水钻孔的布置上应充分考虑到煤层全厚的湿润问题。很多煤矿根据本矿的巷道布置等具体条件探索了各种布孔方式，较为典型的有单向及双向两种布孔方式，如图5—1—1及图5—1—2所示。上部钻孔与下部钻孔的孔口间距为1～3m，钻孔间距视煤层透水性而定，一般为10～25m，透水性强的煤层钻孔间距大些，反之，则小些。二、封孔•封孔深度和封孔质量是煤层注水的重要环节。封孔深度应超过沿巷道边缘煤体的卸压带宽度，一般不小于6m，当注水压力大于2．5MPa时，应大于6m乃至20m。•封孔方法有两种：一种是水泥砂浆封孔，另一种是封孔器封孔。采用封孔器封孔虽然简便，但多次重复使用时难以保证封孔质量，现已少用。相反，由于水泥砂浆封孔方法的改进和完善，以及封孔质量可靠，近几年得到了广泛采用。利用改进的新型水泥砂-浆封孔泵封孔，满足了煤层注水封孔的要求。该泵的结构如图5—1—3所示。•封孔前先用搅拌机将水泥和砂子制成高稠度水泥砂浆，再拨动离合器，启动送浆泵，将水泥砂浆快速地送进钻孑L内。由于该泵的送浆能力较大，其封孑L深度，对水平钻孔可达30m；对垂直向上钻孔可达20m。三、注水煤层注水有两种方法：一是利用矿井地面贮水池，通过井下供水管网实施静压注水；二是利用井下的水泵实施动压注水。(一)静压注水•静压注水工艺简单，既节省费用，又便于管理，但它的适用范围受到了一定的限制。过去仅能对透水性强的煤层采用静压注水，而近年来有了新的发展，对透水性差的煤层也可以采用静压注水，其技术关键是选定最佳的超前距离(开始注水时钻孔距工作面的距离）如兖州鲍店煤矿3号煤层，其自然水分为3％，孑L隙率仅为2.76％，属于难注水煤层，但采取双顺槽长钻孔的布置方式实施静压注水获得成功。•其做法是：注水前先掌握综采放顶煤作面顶煤位移规律及矿山压力规律，以判断最佳的注水超前距离。超前距离过大，顶煤尚未发生位移也未产生裂隙，煤体透水性差，难以注水；超前距离过小，顶煤位移量大，次生裂隙过于发育，注入的水易沿较大裂隙流失，影响注水效果。实测数据表明，矿山压力对进风顺槽影响范围为60m，对回风顺槽影响范围为32m。在动压区内，顶煤产生大量次生裂隙，距工作面4～6m时，顶煤水平位移量急剧增大，产生更多更宽的次生裂隙，为此确定超前距离为30一35m；当工作面推进至距钻孔4～6m时，立即停止注水。此时注水地点的静水压力为2.5～3.5MPa。在钻孔间距为10m条件下，注水时间在6天以上，吨煤注水量达20.6L/t。注水后煤的水分增加到4.85％，煤体受到较充分的湿润，在割煤及放煤等各生产环节都获得了较好的降尘效果。(二)动压注水•长钻孔动压注水的适用性强，被很多煤矿采用，其注水系统如图5—1—4所示。系统中的水表现已应用SGS型双功能高压水表，既可测注水量，又可测注水压力。•该注水系统的特点是，通过分流器的自动调节，使各钻孔的注水流量保持大致相等，以实现一台水泵向多个钻孔同时注水的目的。其不足之处是当钻孔的注水阻力发生较大变化(如各钻孔长度相差太大，或者注水过程中裂隙泄水)时，分流器的调节作用降低，难以保证各钻孔的注水流量相等。•近年来，煤炭科学研究总院重庆分院与兖州兴隆庄煤矿合作，研制出一种MZKX型煤层注水自动控制系统(装置)，它能根据煤层的渗透特性及注水压力与流量的变化进行自动调节，将注水参数调节到最适宜的状态，并能将注水参数存贮、显示和打印出来。有一些煤矿的煤层适合用动压和静压交替进行的注水方式进行注水，如果采用这种自动控制系统便可实现动压注水和静压注水的自动切换。•MZKX型煤层注水自动控制系统(装置)主要由液压系统、电气系统和单片计算机测控系统组成。•MZKX型煤层注水自动控制系统(装置)具有如下功能：(1)测量并显示注水压力、瞬时注水流量及累计注水量；(2)设定每个通道注水压力和注水量；(3)根据每个通道的设定压力调节相应通道的流量；(4)当某一通道注水量达到设定值时，便停止该通道的注水；当所有通道的注水都达到设定值时，则全部停止注水并进行提示；(5)动压注水与静压注水的自动切换。•MZKX型煤层注水自动控制系统(装置)，已在兖州兴隆煤矿的煤层注水中应用，实现了自动控制注水参数的注水工艺，获得了良好的注水防尘效果。第二节喷雾降尘技术•采煤机滚筒割煤及向刮板输送机装煤时产生大量煤尘，是综采或综采放顶煤工作面削主要尘源。采煤机都有针对该尘源而设置的内外喷雾系统，在截齿的产尘区喷射水雾实施湿式割煤，抑制煤尘产生，减少煤尘飞扬。但是，由于采煤机的内喷雾经常发生喷嘴堵塞和供水系统密封漏水故障而不能正常发挥其应有的作用；采煤机原有的外喷雾也常常不能适应大功率采煤机的降尘要求。掘进机也存在类似情况。此外，对移架、放煤、运煤及转载点等尘源，也迫切需要解决自动喷雾控制技术。下面就近年来很多煤矿针对上述问题而开发的较为有效的喷雾降尘技术作一简要介绍。一、采煤机滚筒摇臂径向雾屏及液压支架探梁辅助喷雾降尘技术•兖州鲍店煤矿采用该技术后，采煤机司机处的煤尘浓度由1925mg／m’降至334.9mg／m’，降尘率为82.6％。实用结果表明：这种喷雾系统是可行的，降尘效果是显著的；在摇臂上安装喷嘴，既接近尘源，雾流能将尘源封住，又不易被砸坏，是一种较理想的采煤机降尘装置；液压支架探梁辅助喷雾能较好地净化通过的含尘风流，是不可忽视的降尘措施。二、采煤机高压外喷雾降尘技术•我国对采煤机的防尘主要是采用低压喷雾降尘技术，虽然起到了重要作用，但由于喷雾水压低，雾化效果差，而且容易造成喷嘴堵塞，严重影响了采煤机的喷雾降尘效果。国外，如法国、前苏联和美国等采煤发达国家却早已采用采煤机割煤高压外喷雾降尘技术，取得了降尘率高达85％～95％的极佳效果。•近几年，我国部分煤矿也开始使用采煤机割煤高压外喷雾降尘技术，并且取得了可喜的降尘效果。依据喷雾泵所在地点，可将其分为固定泵供水高压外喷雾降尘技术及机载泵供水高压外喷雾降尘技术两种方式。(一)固定泵供水高压外喷雾降尘技术•煤炭科学研究总院重庆分院与盘江山脚树煤矿合作，在综采工作面采煤机割煤时试验并采用高压喷雾降尘技术，取得良好降尘效果。（二)机载泵供水高压外喷雾降尘技术•采煤机喷雾降尘，过去基本上都是将高压水泵安设于顺槽中，通过高压胶管并经电缆拖移夹的输送而与采煤机连接起来。高压胶管与电缆拖移夹及其中的电缆会发生摩擦而损坏电缆或高压胶管，只要损坏两者之一，就会影响生产。如果将高压水泵安设在采煤机上并获得动力，不拖动高压胶管，上述隐患即可消除，而成为一种理想的高压喷雾降尘技术。这种技术已被开发出来，并开发出两种动力方式：一是电动力，二是液动力。煤炭科学研究总院重庆分院与兖州东滩煤矿合作开发了采煤机机载电动泵高压外喷雾降尘技术。煤炭科学研究总院重庆分院开发的采煤机机载液动泵高压外喷雾降尘技术，已在阳泉二矿及平顶山、淮南、兖州、铁法等煤矿应用，并获得良好的降尘效果。三、液压支架移架和放煤口放煤自动喷雾降尘技术•液压支架移架和放煤口放煤是综采放顶煤工作面仅次于采煤机割煤的两个主要产尘源。采取有效的治理技术加以防治势在必行。•对液压支架移架和放煤口放煤的防尘，主要是采取自动喷雾降尘方法，即利用一个多功能自动控制阀并通过与支架液压系统(支架动作)的联动而实现支架移架和放煤喷雾的自动化。第三节通风除尘技术•20世纪80年代以来，随着煤矿机掘技术的高速发展，大功率掘进机的广泛采用，机掘(综掘)工作面的产尘量剧增，作业环境恶化，严重威胁着矿井的安全生产和工人的身体健康。为解决机掘工作面的防尘问题，开展了大量的研究及现场试验工作。实践表明，采用抽尘净化技术是降低机掘工作面粉尘浓度的有效途径。国内外都是采用长压短抽的混合式通风，将掘进头的含尘风流吸入除尘器中加以净化。这种通风除尘技术降低工作面及巷道内粉尘浓度的效果取决于两个因素：一是通风除尘系统吸尘(收集含尘风流)的有效性；二是除尘器的除尘效率。我国在这两个方面的研究与试验都取得了重要成果。一、附壁风筒控尘技术•综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人的新鲜风流，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。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，常在压人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5—1—16所示。二、涡流控尘与湿式旋流除尘技术•涡流控尘与湿式旋流除尘器是煤炭科学研究总院重庆分院与波兰合作于近期研制的成套通风除尘设备。它采用涡流控尘和旋流除尘相结合的综合除尘原理净化机掘(综掘)工作面的含尘气流。在长压短抽混合式局部通风中，其通风控尘与除尘系统如图所示。第二章矿井瓦斯煤尘爆炸隔(抑)爆技术•随着煤炭开采强度和开采深度的不断加大，煤矿的瓦斯涌出量也在增加。加之我国绝大多数矿井的煤尘具有爆炸危险性，所以，瓦斯、煤尘爆炸对煤矿安全生产威胁程度在不断加大。•瓦斯煤尘爆炸的控制技术分为预防爆炸发生技术和限制爆炸传播技术两个方面：预防爆炸发生的方法主要是采取措施控制瓦斯积聚、煤尘的产生或飞扬以及火源的产生；限制瓦斯煤尘爆炸传播的方法主要是采取措施将已发生的瓦斯煤尘爆炸限制在一定区域，尽量减少爆炸造成的损失。其措施主要是设置被动式隔爆装置和自动抑爆装置。被动式隔爆装置是借助于爆炸冲击波的作用来喷洒消焰剂，而本身无喷洒动力源；自动抑爆装置是利用传感器探测爆炸信号，触发自带的动力源喷洒消焰剂，形成抑制带