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1、第六章 采煤工作面综合防尘技术,主讲教师：王洪粱 黑龙江科技学院 2012.5,1,6.1 采煤工作面粉尘的产生,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,采煤工作面是煤矿井下作业人员和电器机械设备高度集中的工作场所，也是连续产尘强度较大的作业场所。采煤的各项工序都会产生大量煤尘和岩尘，特别是在机械截割、运输。机械转载震动、工作面支护等多工序平行作业时产生的粉尘量更大。 一、炮采工作面产尘及粉尘分布 炮采工作面主要产尘工序是打眼和炸药爆破落煤工序，产尘量占整个采煤工作面正规循环过程总产尘量
2、的6075。爆破瞬间粉尘浓度较打眼工序常高达几十甚至几百倍，但在爆破作业时工作面无人工作，爆破后一段时间间隔内粉尘对人也无直接危害。对人体有直接危害的是打眼和运煤工序，特别是煤电钻干打眼、用锹攉煤，不但产尘量大，而且飞扬粉尘量也较大。,2,6.1 采煤工作面粉尘的产生,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,3,6.1 采煤工作面粉尘的产生,二、机采工作面产尘及粉尘分布 一般说来，普采工作面粉尘浓度高于炮采工作面几倍至十几倍，而综采又高于普采工作面几倍至几十倍。阜新矿务局综采面的粉尘浓度
3、达2 0002 500 mgm3，阳泉矿务局综采工作面的粉尘浓度最高达8888 mgm3。造成如此高的粉尘浓度的主要原因是进风流的污染、采煤机的切割和装载、周期性移架、运输机的载运和转载以工作面片帮和顶板冒落等，其中，采煤机作业(包括割煤和清底)是最主要的尘源。工作面移架尽管发生在一个短时间内，但由于移架是随采煤机的推进而周期性地进行，故其产尘量居第二。,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,4,6.1 采煤工作面粉尘的产生,1采煤机作业产尘及工作面煤尘浓度分布 采煤机的割煤过程即产尘
4、过程。产尘来源于： 截煤时，截齿刀尖前的煤被压实而成压固核，当接触应力增加到极限值时，压固核被压碎产生煤尘。 大块煤采落后，紧跟在后面的截齿切割厚度减小，增加了产尘量； 被割下和被滚筒抛出的煤，在弹性恢复时沿裂缝继续分离成更小煤块，同时产生煤尘。 截齿磨钝后，各刃面变成了弧面，与煤碾压和摩擦产生粉尘。 截齿对煤体的冲击、割下来的煤互相碰撞及滚筒螺旋叶片装煤时的二次破碎产生煤尘。,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,5,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉
5、尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,6,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,7,2移架产尘及工作面煤尘浓度分布 液压支架的支护作业是工作面尘源之一。由移架所产生的呼吸性粉尘约为采煤机司机处粉尘的31。移架产尘量的大小受多种因素的影响，但最主要的是直接顶板的条件。移架产尘量的多少与顶板强度成反比，与工作面所在盘区的上覆顶板岩层厚度成正比。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤
6、工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,8,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,9,三、煤层注水防尘 1、煤层注水的实质 在回采之前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压 力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开 采过程煤尘的产尘量。 大裂隙或孔隙中水的运动主要靠注水压力，而细小孔隙 中水的运动主要靠毛细管作用。是回采工作面最有效的防尘 措施。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面
7、综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,10,2、煤层注水的作用 增加煤的水份和尘粒间的粘着力； 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，从而有效地消除尘源； 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； 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。 改变煤层的应力分布，有利于防止煤与
8、瓦斯突出。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,11,3、水在煤层中的渗透 水在煤层中的渗透是十分复杂的，由于煤体中孔、裂隙 分布和构成状况的极不均匀性，对水的渗透、流动存在方向 异性。根据钻孔钻进方向与煤层的相对关系，有三种渗透形 式：与煤层平面平行、平面放射、球形放射。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,12,煤层注水中，常
9、用透水性系数（K）这一概念来表达 水在煤层内在某一压力梯度下的通过能力。K越大，表示 煤层透水性越强，煤层容易被湿润。 透水性系数K的计算公式： 式中，m注水后单位体积煤量所吸收的水量，m3; T-注水总时间，s； 水的动力粘性系数，Pas; P钻孔内的水压力，Pa; r-煤层湿润半径，m; Pw-煤层注水位置的瓦斯压力，Pa r0钻孔半径m；,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,13,4、影响渗透的因素 煤的裂隙和孔隙的发育程度 裂隙和孔隙的发育程度不同，注水
10、效果差异也较大。煤 体的裂隙越发育则越易注水。 煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的总 体积与煤的总体积的百分比。根据实测资料，当煤层的孔隙 率小于4%时，煤层的透水性较差。 上履岩层压力及支承压力 地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关，煤层埋藏越深 则地层压力越大，而裂隙和孔隙变得更小，导致透水性能降 低，因而随着矿井开采深度的增加，要取得良好的煤体湿润 效果，需要提高注水压力。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,14,6.2 煤层注水防尘,6采煤工
11、作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,15,液体性质的影响 煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间极性 差越小，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，可以在水中添加表面活性剂。阳 泉一矿在注水时加入0.5%浓度的洗衣粉，注水速度比原来提 高24%。 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。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术
12、6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,16,注水参数的影响 注水量或煤的水分增量是煤层注水效果的标志，也是决 定煤层注水除尘率高低的重要因素，通常，注水量或煤的水 分增量变化在50%到80%之间，注水量和煤的水分增量都和煤 层的渗透性、注水压力、注水速度和注水时间有关。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,17,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘
13、的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,18,煤质的影响 煤的炭化程度对透水性影响很大，一般变质程Va=15 65%的煤比其它煤种的透水性好。 5、煤层注水方式 指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况，有以 下4种方式： 短孔注水 深孔注水 长孔注水 常压渗透注水,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,19,1）短孔注水 在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为1.52.5m。
14、2) 深孔注水 在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为525m。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,20,3）短孔和深孔注水适用条件： 地质构造复杂，煤层薄，顶、底板岩性易吸水膨胀。 特点： 优点：简单方便，适用于任何煤层。 缺点：钻孔数量少，湿润范围小，易跑水，注水与生产相矛 盾。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,21
15、,4)长孔注水 从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行 于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长30100m；当工作面 长度超过120m而单向孔达不到设计深度或煤层倾角有变化 时，可采用上向、下向钻孔联合布置钻孔注水。,L,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,22,长孔注水的适用条件： 要求煤层赋存稳定，适用于中厚及厚煤层。 特点： 优点：钻孔湿润区域大，能获得较长的注水时间，煤体 湿润均匀，注水与采煤不互相干扰。 缺点：注水工艺复杂，定向打钻困难，对地质条
16、件变化 适应差。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,23,5)常压渗透注水 开采厚煤层开采或近距离煤层群开采时，在上分层（或 上煤层）采空区内注水，供水是在常压下缓慢地、长时间大 面积渗入下一分层（或近距煤层），使下层达到预先湿润的 目的，而且还具有粘结上层采空区的冒落矸石和浮煤的双重 效果。 特点：不受设备和水压的限制，易于施行。对易燃煤层 在水中添加阻化剂还可以延长发火期，防止煤层自燃。,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,24,6.2 煤层注水防尘,6采煤工作面综合防尘技术 6.1采煤工作面粉尘的产生 6.2煤层注水防尘 6.3采空区灌水防尘 6.4炮采工作面综合防尘 6.5机采工作面综合防尘,25,6、煤层注水系统
