矿井煤尘防治3000

•一、矿尘基本知识(一)矿尘与计量1.矿尘的概念矿尘是矿井在生产和建设过程中所产生的各种煤炭、岩石微粒的总称，属于粉尘的一部分。一般来讲，在现有防尘技术措施的条件下，以采掘工作面产生的矿尘量为最多，约占全部矿尘的80%。其次，锚喷作业点产尘量占10～15%；运输通风巷道产尘量占5%～10%；其它作业点占2%～5%。就煤尘而言，一般每昼夜的产尘量约等于产煤量的0.25%～1.0%，甚至高达3%。（二）矿尘的分类1.按矿尘粒径划分按照粒径大小可分为粗尘粒径大于40微米细尘粒径在10～40微米微尘粒径在0.25～10微米超微尘粒径小于0.25微米•2.按矿尘成因划分原生矿尘：开采之前因地质作用和地质变化等原因而生成的矿尘。次生矿尘：生产过程中，因破碎煤岩而产生的矿尘。•3.按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘。飞扬在矿内空气中的矿尘，简称浮尘。一般所说的矿尘是指该状态下的矿尘。(2)沉积矿尘。从矿内空气中因自重而降落在巷道周壁的矿尘，简称落尘。4.按矿尘的粒径组成范围可分为(1)全尘：各种粒径在内的粉尘的总和。(2)呼吸性粉尘：能被吸入人体肺泡的浮尘。这种粉尘的粒径大多小于5微米。5.按矿尘的成分划分(1)煤尘。它是指粒径小于1mm且以含固定碳可燃物为主的煤炭颗粒。(2)岩尘。指细微颗粒的岩石粉尘，当岩尘中的游离二氧硅含量超过10%时称为矽尘。6.按有无爆炸性划分(1)有爆炸性粉尘。悬浮在空气中的粉尘云达到一定浓度在有引爆热源的条件下，本身能发生爆炸，如有爆炸性煤尘、面粉、铝粉等。(2)无爆炸性粉尘。如岩粉等。(三)矿尘计量指标1.矿尘浓度单位体积矿井空气中所含浮尘的数量叫做矿尘浓度，其表示方法有两种：(1)计重法。在1m3空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3。(2)计数法。在1cm3空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/cm3。我国规定采用计重法表示矿尘浓度。2.产尘强度生产过程中，采落煤中所含的矿尘量，也叫绝对产尘强度，单位g/t。3.相对产尘强度每采1t或1m3煤所产生的矿尘量，单位mg/m3mg/t4.矿尘沉积量指单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位g/（d﹒m2）5.矿尘分散度矿尘分散度是指矿尘整体组成中各种粒级的尘粒所占的百分比。我国对矿尘的分散度划分为4级：小于2μm；2～5μm；5～10μm；大于10μm。分散度大小按矿尘中微细颗粒占的比重而定矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；反之，则称为低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，所含细小颗粒越多，危害性越大。5μm以下的粉尘，能被吸入人体肺泡区，称为呼吸性粉尘。它是导致尘肺病产生的主要因素。据全国部分地区煤矿采掘工作面空气中矿尘分散度实测数据表明，5μm以下的尘粒占90%左右，因此，呼吸性粉尘应是通风防尘工作的重点。二、矿尘的基本性质（一）矿尘成分及游离二氧化硅含量从卫生角度主要了解矿尘中是否含有:1)有毒物质：如铅、砷、汞等2）放射性物质：如铀、钍等3）游离二氧化硅（矽）二氧化硅是多种矿物和岩石的组成成分，有两种存在状态结合状：即硅酸盐矿物，如长石、滑石等游离状：常以结晶状态存在，主要是石英对人体健康产生危害的主要是游离二氧化硅，使人得矽肺病。粉尘中游离二氧化硅含量是指粉尘中未与金属氧化物结合的结晶型游离二氧化硅所占粉尘质量的百分比。（二）密度1.真密度：单位体积（不包括尘粒间的空隙）质量成为密度。Kg/m32.表观密度用包括矿尘间空隙在内的体积计量的密度，也叫堆积密度。其值小于真密度。3.相对密度比重是指粉尘的质量与同体积水的质量之比。密度对粉尘在空气中的运动和沉降影响较大。（三）矿尘粒度与比表面积1.矿尘粒度表示单一矿尘颗粒大小的尺度，也叫粒径。2.比表面积单位质量或单位体积粉尘的总表面积之和。（四）粉尘的湿润性是指粉尘分子和水分子之间的结合能力。结合能力强，粉尘容易被湿润，反之，不容易被湿润。容易被水湿润的粉尘，称为亲水性粉尘；不容易被水湿润的粉尘，称为疏水性粉尘。（五）电性质悬浮于空气中的粉尘通常都带有电荷。（六）矿尘的光学性质1.尘粒对光的反射能力当尘粒直径大于1微米时，光线被直接反射而损失，即光线损失与反射面面积成正比。2.尘粒的透光程度透明程度取决于气流含尘浓度的高低。随着浓度的增加，透明度将大为减弱。3.光强衰减程度光线通过含尘气流时，由于尘粒对光的吸收和散射作用，会使光强减弱。（七）自燃性和爆炸性三、粉尘的危害（一）矿尘的产生1、产生矿尘的主要作业工序钻眼作业炸药爆破采煤机割煤、装煤掘进机掘进采场支护、放顶巷道支护，特别是锚喷支护装载、运输、转载和提升通风安全设施的构筑2.影响矿尘量的主要因素（1）地质构造及煤层赋存条件地质构造复杂、断层褶曲发育的地方，产尘量较大，反之则较小。火成岩浸入，煤体变脆变酥，产尘量的。开采急倾斜煤层比缓倾斜煤层产尘大；厚煤层比薄煤层产尘大。（2）煤岩的物理性质1.危害（1）对人体健康的危害；（2）发生爆炸，造成人员死亡和经济损失；（3）中毒危害；（4）放射危害。其中最普遍而严重的危害是能引起尘肺病如：（1）矽肺病（最严重）；（2）煤肺病；（3）石棉肺病；（4）煤矽肺病。2.发病的原因（1）矽肺病原因游离二氧化硅（sio2)表面活性很强，人体吞噬细胞吞噬后，能使吞噬细胞崩解死亡，从崩解逸出的硅尘，可再次被具有活性的吞噬细胞吞噬，然后吞噬细胞死亡，这一过程反复进行，造成矽肺病。矽肺病是一种进行性疾病，一旦患上矽肺病，即使离开矽尘环境，病情仍会继续发展。（2）煤肺病细小的煤尘随着呼吸进入人体肺泡，在肺泡中沉积，使人体的肺发生纤维化，造成尘肺病。3.影响尘肺病的发病因素（1）粉尘的成分游离sio2含量越高危害越大。（2）粉尘的粒径与分散度经解刨沉积在人体肺泡中的粉尘粒经大多为1～5微米。一次1～5微米的粉尘对人体危害最大。分散度越大，含细小颗粒粉尘越高，对人体危害越大。（3）粉尘浓度浓度越高，危害越大。（4）接尘时间累计接尘时间越长，危害越大。二、煤尘爆炸及预防(一)煤尘爆炸原因、条件及特征1.煤尘爆炸原因当温度达到300～400℃时，浮尘迅速干馏气化，产生大量可燃气体，可燃气体与空气混合在高温作用下，混合气体吸收能量，形成链反应．最后形成爆炸。2.煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备四个条件，缺一不可。(1)煤尘本身具有爆炸性。(2)浮尘达到爆炸浓度。一般认为煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1500～2000g/m3。其中爆炸威力最强的浓度范围为300～500g/m3。(3)有足以点燃煤尘的热源。经实验，我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃，煤尘爆炸的最小点燃能量为4.5～40mJ。(4)氧气浓度。井下空气中氧含量低于17%时，煤尘不能引燃而失去爆炸性。3.煤尘爆炸的特征（1）煤尘爆炸的感应期煤尘爆炸要待煤尘受热分解氧化并形成足够的可燃气体和热量才发生。这一过程所需要的时间称为感应期。一般为40～280毫秒。(2)形成高温、高压、冲击波。(3)煤尘爆炸具有传播效应。(4)挥发分减少或形成“粘焦”。(5)产生大量的一氧化碳。煤尘爆炸时，在气体产物中含有大量的CO，其浓度一般可达2～3%，甚至高达8%。(二)影响煤尘爆炸的因素1.煤的挥发分一般情况下，煤尘的可燃挥发分越高，越易爆炸。因为煤尘爆炸主要是在尘粒分解的可燃气体中进行的。2.煤的水分煤中水分具有减弱和阻碍爆炸的性质，因为：煤中水分对尘粒起粘结作用，减少表面积，增大颗粒，降低飞扬能力；煤中水分起吸热、降温阻燃作用。3.煤的灰分灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。实验证明，只有灰分达到40%以上时，爆炸性才显著下降，采用岩粉棚撒布岩粉就是利用灰分能够削弱煤尘爆炸这一原理来制止煤尘爆炸的。4.煤尘粒度粒度对爆炸性有极大的影响。1mm以下粒径煤尘都能参与爆炸，总的来说，煤尘粒度越小，表面积越大，受热及氧化作用越快，加速了释放可燃气体，所以越易爆炸，且爆炸性强，特别是30μm～75μm的煤尘爆炸性最强。煤尘粒度越小所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。5.空气中的瓦斯浓度瓦斯是可燃气体，当其混入巷道空间时，煤尘爆炸的下限浓度会降低。6.空气中氧含量井下空气中氧含量低于17%时，煤尘不能引燃而失去爆炸性。7.引爆热源引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃煤尘云，煤尘初始爆炸强度也越大；温度越低，能量越小，越难点燃煤尘云，即使能引起爆炸，初始爆炸强度也小。(三)预防煤尘爆炸事故的技术措施1.减、降尘措施（控制浮尘浓度）具体有：(1)煤层注水。在采煤工作面开采之前，预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入一定压力的适量的水，使其渗入煤体内部，增加煤体的水分，达到均匀湿润，从而减少煤层开采过程中煤尘的产生量，据测量，煤层注水可减少煤尘生成量40～90%。(2)湿式打眼。在工作面使用电钻或风钻打眼时，将压力水送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的煤尘，从而达到减尘目的。(3)使用水炮泥。炮泥分粘土炮泥和水炮泥两种，在封堵炮眼时，不仅要用粘土炮泥，而且要使用水炮泥。水炮泥在爆炸后形成水雾起到降尘、吸收炮烟和消焰降温等作用，降尘达80%左右。(4)通风防尘。通风除尘是稀释和排除工作地点悬浮粉尘，防止过量积累的有效措施，据试验观测，当风速增加到1.5～2m/s时，作业地点的矿尘浓度将降到最低值，故称最优排尘风速。(5)喷雾洒水。将水雾化成微细水滴喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。其广泛用于采掘机械、爆破作业、转载点、巷道风流净化等。掘进机较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减少85～95%。(6)刷洗岩帮。是指刷白巷道和冲洗岩帮，清除落尘。(7)除尘器除尘矿用除尘器的类型：一般根据除尘器的原理，习惯上将除尘器分为四大类：①机械除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等，主要利用重力、惯性及离心力的作用捕尘。②过滤除尘器包括袋式除尘器、纤维除尘器、颗粒层除尘器等，是利用拦截、惯性碰撞、扩散等作用，分离铺集粉尘。③湿式除尘器包括水浴除尘器、泡沫除尘器、湿式旋流除尘器、湿式过滤除尘器、文氏管除尘器等，是利用粉尘与水滴的拦截、惯性碰撞、扩散等作用而分离捕集粉尘。④电除尘器包括干式静电除尘器和湿式静电除尘器等，是利用电力分离捕集粉尘。除尘器性能指标①技术性能指标：除尘效率、分级除尘效率、阻力、处理风量等。②经济性能指标：设备费、运行维护费、占用面积或空间等。最主要的是除尘效率与阻力两项，一般要求“高效低阻”。2.防止煤尘引燃的措施3.隔绝煤尘爆炸的措施(1)撒布岩粉岩粉是不燃性细散粉尘，撒布岩粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增加沉积煤尘的灰分，抑制煤尘爆炸的传播。撒播的岩粉与煤尘混合，使不燃物含量大于80%，撒播岩粉的巷道长度不小于300m。(2)设置水棚在巷道中靠近顶板处设置水棚，当井下发生爆炸时，爆风压力将水槽崩翻并破碎，水瞬间分散于巷道空间内，形成水雾，因水的比热大，吸热效果好，利于消灭火焰，而阻止煤尘爆炸火焰的传播。隔爆棚组的用水量按巷道断面计算不小于400L/m2，水棚长度不小于30m。(3)自动式隔爆棚使用压力或温度传感器，在爆炸发生时，探测爆炸波的传播，及时将预先放置的水、岩粉、氮气、二氧化碳等喷洒到巷道中，从而达到自动、准确、可靠地扑灭爆炸火焰与防止爆炸蔓延的目的。常用的有自动水幕等。第三章煤矿防尘技术第一节煤层注水防尘技术一、注水减尘原理二、影响煤体湿润效果的因素1、注水压力、流量和时间（1）注水压力（2）注水流量（3）注水时间2、煤体的裂隙和孔隙裂隙和孔隙发育，注水效果好，反之效果差。孔隙率小于4%时，注水无效果，孔隙率为15%时，注水效果最佳，孔隙率为40%时，煤体多孔，含水丰富，不需注水。3、上覆岩层压力随着煤层埋藏深度的增加，煤层注水效果会有所减弱。4、支承压力支承压力带，裂隙发育，容易造成跑水，注水效果差。5、煤质的影响挥发分含量在15%—65%范围的煤种比其他