采掘工作面的尘源与煤矿粉尘防治技术
摘要：讨论了采掘工作面粉尘的构成和各因素对工作面粉尘生成的影响,介绍了各种粉尘防治技术及其效果,并提出了形成工作面粉尘的主要根源———截割粉尘及其影响因素,为开创粉尘防治的新思路、从根本上降低工作面的粉尘奠定了思想基础。
采掘工作面的粉尘,不仅恶化劳动条件、降低作业点工人的视线、危害工人身体健康,而且会影响设备的正常运转、降低设备的使用寿命。当粉尘浓度达到一定比例时,还会引发煤尘爆炸,危及工人的生命安全。因此,采掘工作面的粉尘作为煤炭生产的公害之一,一直是各国科研人员的一项重要的研究课题。通过分析工作面粉尘的来源及其影响因素,对有效地降低工作面粉尘、改善工作环境、保证煤矿生产的安全具有重要意义。
一、工作面的尘源及其影响因素
严格地讲,煤矿生产的每道工序都是潜在的尘源,但产尘的主要工序包括:①钻眼作业(如煤电钻打眼,打注水眼等);②煤岩的爆破;③采煤机、掘进机的割煤和装煤;④工作面支护;⑤装载、输送、转载、卸载和提升等。
不同的矿井,由于煤层和岩层的地质条件不同,采掘方法、作业方式和机械化程度不同,粉尘的生成量有很大的差别,即使在同一个矿井,产尘的多少也因地因时地变化。综合分析,影响粉尘的生成量主要有以下一些因素。
1.1 地质构造及煤层赋存条件
在地质构造复杂、断层褶曲发育并且受地质构造破坏强烈的地段采掘时,产尘量较大;反之较小。井田内如有火成岩侵入,使煤体变酥,产尘量将增加。一般说来,急倾斜煤层比缓倾斜煤层的粉尘生成量大,开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量要高。
1.2 煤岩的物理性质
通常,节理发育且脆性大的煤易碎,结构疏松而又干燥、坚硬的煤岩在采掘工艺相近的条件下细微量大,产生的粉尘较多。
1.3 环境的温度和湿度
煤岩本身水分低、煤帮岩壁干燥,采煤机和掘进机在环境相对湿度较低的情况下作业时,产尘量会增大;而当在岩体较潮湿、矿井空气湿度较大的条件下工作时,由于水蒸气和水滴的湿吸作用,使作业过程产生的粉尘悬浮减弱,空气中的粉尘含量会相对减少。
1.4 采掘方法
不同的采掘工艺和方法,其产尘量差异很大。例如,对于急倾斜煤层采用倒台阶方法开采比水平分层开采的产尘量大;全部冒落采煤法较水砂充填法的产尘量大得多。就减少产尘而言,旱采(特别是机采)又远不及水采。
1.5 产尘点的通风状态
粉尘浓度大小和作业点的通风方式、风速及风量密切相关。当井下实行分区通风、风量充足且风速适宜时,粉尘浓度就会降低;如采用串联通风,含尘乏风再次进入下一个作业地点或风量不足、风速偏低时,粉尘浓度就会增大。
1.6 采掘机械化程度
工作面的粉尘生成量是随着采掘机械化程度的提高和生产强度的加大而急剧上升的。采用的机械化设备及其作业方式不同,产尘量也不一样。如综采工作面使用双滚筒采煤机时,截割机构的结构参数及采煤机的工作参数都与产尘量密切相关。煤矿粉尘的主要尘源是采掘、运输和装载、锚喷等作业场所。采掘工作面产生的浮游粉尘约占矿井粉尘的80%;其次是运输系统中的各个转载点,由于煤岩遭到进一步破碎,也产生相当数量的粉尘。
按尘源分析,在现有防尘技术条件下,各产尘环节所产生的浮游粉尘量比例关系大致是:采掘工作面产尘占80%;锚喷作业点产尘为15%;其他作业点产尘约占5%。
二、现有防尘技术
多年来,为了降低采掘工作面的粉尘浓度,人们进行了不懈的努力。总结起来,主要有以下几个方面:①控制粉尘飞扬;②捕尘;③避开粉尘流。
2.1 水降尘技术
该技术是利用水控制煤炭采掘过程中粉尘的生成,其主要形式有:①煤层注水;②湿式钻眼;③内外喷雾;④其它水降尘技术。
除了以上几种常用的水降尘技术外,还有采空区及巷道注水、出煤时洒水、空气喷雾洒水、防尘用水中添加除尘剂、喷雾泡沫除尘、喷雾净化风流等降尘措施。
2.2通风降尘技术
良好的通风系统是保障煤矿正常生产的必备条件之一,优化设计和改进通风系统,可以大大降低粉尘对矿工的侵害程度。通风降尘技术的主要形式有:①稀释降尘;②抽出式通风降尘;③采用双风流分支通风系统降尘;④隔离尘源,长壁开采时,为了消除采煤机滚筒割煤时产生的大量粉尘对人行道上作业矿工的危害,可使用风障或空气流动式喷水器将粉尘控制在煤壁一侧;⑤压、抽混合式及最佳排尘风速措施降尘;⑥减少漏风、保证风量供给(采空区风帘及人行道风帘)降尘;⑦遥控技术,利用无线电遥控技术远距离操作采煤机和掘进机,使司机远离尘源,以减少粉尘危害。
2.3 除尘措施
这是将空气中游离粉尘聚集起来处理的一项聚歼性措施,它主要通过吸尘器和捕尘器来完成,具体形式有:①干式捕尘器;②湿式捕尘器;③空气过滤除尘器等。
近年来,有研究利用汲尘滚筒来除尘的,它是以高压水作为气流运动实现的动力灭尘。将若干个集尘管均匀地布置在滚筒轴周围,在集尘管的一端(靠煤壁侧)分别装有高压水喷嘴。集尘管中的水喷雾带动了空气的流动,使气流从煤壁侧通过集尘管到滚筒的另一侧。在气流通过滚筒后,气流和水沿滚筒端面边缘和折流板之间的缝隙流出,其中部分气流沿滚筒表面返回集尘管再次参与循环,而另一部分则被工作面风流带走。
2.4 个体防护
个体防护是指通过佩带各种防护面具,如防尘口罩、防尘面罩、防
尘矿帽等,以减少吸入人体粉尘量的一项补救措施,这是防止尘害的最后一道被动措施。
2.5 其它粉尘防治措施
这些措施包括:①声波雾化降尘;②磁化水降尘;③预电荷高效喷雾。
2.6 粉尘综合控制技术
该技术是以干式布袋除尘器为主体的粉尘控制技术,其特点是从吸尘、降尘、除尘以及通风方式、风流控制上综合考虑,达到有效控制工作面粉尘的目的。
三、存在的问题与思考
通过前面的分析可以看出,工作面产尘是矿井粉尘的根源。而在机械化采掘工作面,机器截割时产生的粉尘是工作面粉尘的主要来源。调查结果表明,在机械化采煤工作面,采煤机截割过程产生的煤尘占整个工作面粉尘总量的80%左右。因此,如何有效地控制截割产生的粉尘对整个矿井的防尘起着举足轻重的作用。
现在,世界各国都规定,在采煤机和掘进机上要采取喷雾降尘措施。但由于喷雾装置的可靠性较差,在实际生产中对粉尘没能起到很好的抑制作用。近年来,各国的科技人员围绕喷嘴的形式、布置方式、喷雾用水的压力和流量以及吸尘滚筒等方面作了大量的研究,都因结构复杂、使工作面净空间减少、费用高、可靠性低等原因,没有得到推广应用。利用高压水射流虽然可以减少粉尘,但还存在着经济性差、底板软化、工作面水处理不易解决等问题。
然而,纵观目前的各种防治措施不难发现,它们都是从粉尘形成后如何防治着眼的,而忽略了粉尘生成这一关键环节。实际上,截割产生粉尘才是工作面粉尘的根源。只有抓住截割粉尘这一关键环节,有效地控制尘源的产生才是粉尘防治的唯一经济可行方法 ,也只有这样,才能收到事半功倍的效果。在此,深入开展产尘因素与截割粉尘之间关系的研究,对从根本上控制工作面粉尘具有重大意义。
分析表明,截齿的类型、结构尺寸、以及在采煤机滚筒和掘进机截割头上的排列方式、滚筒和截割头的结构形状、几何参数、运动参数、截割参数、以及它们在机器上的布置方式、采煤机和掘进机的工作方式都对产尘有直接的影响。因此,改变传统的粉尘防治思路 ,抓住截割产尘这一主要因素,开展截齿、滚筒和截割头以及整机参数与截割粉尘之间关系的研究,合理地选取其结构与参数,将会从根本上减少截割粉尘,达到明显降低采掘工作面粉尘的目的。
采掘工作面的尘源与煤矿粉尘防治技术
摘要：讨论了采掘工作面粉尘的构成和各因素对工作面粉尘生成的影响,介绍了各种粉尘防治技术及其效果,并提出了形成工作面粉尘的主要根源———截割粉尘及其影响因素,为开创粉尘防治的新思路、从根本上降低工作面的粉尘奠定了思想基础。
采掘工作面的粉尘,不仅恶化劳动条件、降低作业点工人的视线、危害工人身体健康,而且会影响设备的正常运转、降低设备的使用寿命。当粉尘浓度达到一定比例时,还会引发煤尘爆炸,危及工人的生命安全。因此,采掘工作面的粉尘作为煤炭生产的公害之一,一直是各国科研人员的一项重要的研究课题。通过分析工作面粉尘的来源及其影响因素,对有效地降低工作面粉尘、改善工作环境、保证煤矿生产的安全具有重要意义。
一、工作面的尘源及其影响因素
严格地讲,煤矿生产的每道工序都是潜在的尘源,但产尘的主要工序包括:①钻眼作业(如煤电钻打眼,打注水眼等);②煤岩的爆破;③采煤机、掘进机的割煤和装煤;④工作面支护;⑤装载、输送、转载、卸载和提升等。
不同的矿井,由于煤层和岩层的地质条件不同,采掘方法、作业方式和机械化程度不同,粉尘的生成量有很大的差别,即使在同一个矿井,产尘的多少也因地因时地变化。综合分析,影响粉尘的生成量主要有以下一些因素。
1.1 地质构造及煤层赋存条件
在地质构造复杂、断层褶曲发育并且受地质构造破坏强烈的地段采掘时,产尘量较大;反之较小。井田内如有火成岩侵入,使煤体变酥,产尘量将增加。一般说来,急倾斜煤层比缓倾斜煤层的粉尘生成量大,开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量要高。
1.2 煤岩的物理性质
通常,节理发育且脆性大的煤易碎,结构疏松而又干燥、坚硬的煤岩在采掘工艺相近的条件下细微量大,产生的粉尘较多。
1.3 环境的温度和湿度
煤岩本身水分低、煤帮岩壁干燥,采煤机和掘进机在环境相对湿度较低的情况下作业时,产尘量会增大;而当在岩体较潮湿、矿井空气湿度较大的条件下工作时,由于水蒸气和水滴的湿吸作用,使作业过程产生的粉尘悬浮减弱,空气中的粉尘含量会相对减少。
1.4 采掘方法
不同的采掘工艺和方法,其产尘量差异很大。例如,对于急倾斜煤层采用倒台阶方法开采比水平分层开采的产尘量大;全部冒落采煤法较水砂充填法的产尘量大得多。就减少产尘而言,旱采(特别是机采)又远不及水采。
1.5 产尘点的通风状态
粉尘浓度大小和作业点的通风方式、风速及风量密切相关。当井下实行分区通风、风量充足且风速适宜时,粉尘浓度就会降低;如采用串联通风,含尘乏风再次进入下一个作业地点或风量不足、风速偏低时,粉尘浓度就会增大。
1.6 采掘机械化程度
工作面的粉尘生成量是随着采掘机械化程度的提高和生产强度的加大而急剧上升的。采用的机械化设备及其作业方式不同,产尘量也不一样。如综采工作面使用双滚筒采煤机时,截割机构的结构参数及采煤机的工作参数都与产尘量密切相关。煤矿粉尘的主要尘源是采掘、运输和装载、锚喷等作业场所。采掘工作面产生的浮游粉尘约占矿井粉尘的80%;其次是运输系统中的各个转载点,由于煤岩遭到进一步破碎,也产生相当数量的粉尘。
按尘源分析,在现有防尘技术条件下,各产尘环节所产生的浮游粉尘量比例关系大致是:采掘工作面产尘占80%;锚喷作业点产尘为15%;其他作业点产尘约占5%。
二、现有防尘技术
多年来,为了降低采掘工作面的粉尘浓度,人们进行了不懈的努力。总结起来,主要有以下几个方面:①控制粉尘飞扬;②捕尘;③避开粉尘流。
2.1 水降尘技术
该技术是利用水控制煤炭采掘过程中粉尘的生成,其主要形式有:①煤层注水;②湿式钻眼;③内外喷雾;④其它水降尘技术。
除了以上几种常用的水降尘技术外,还有采空区及巷道注水、出煤时洒水、空气喷雾洒水、防尘用水中添加除尘剂、喷雾泡沫除尘、喷雾净化风流等降尘措施。
2.2通风降尘技术
良好的通风系统是保障煤矿正常生产的必备条件之一,优化设计和改进通风系统,可以大大降低粉尘对矿工的侵害程度。通风降尘技术的主要形式有:①稀释降尘;②抽出式通风降尘;③采用双风流分支通风系统降尘;④隔离尘源,长壁开采时,为了消除采煤机滚筒割煤时产生的大量粉尘对人行道上作业矿工的危害,可使用风障或空气流动式喷水器将粉尘控制在煤壁一侧;⑤压、抽混合式及最佳排尘风速措施降尘;⑥减少漏风、保证风量供给(采空区风帘及人行道风帘)降尘;⑦遥控技术,利用无线电遥控技术远距离操作采煤机和掘进机,使司机远离尘源,以减少粉尘危害。
2.3 除尘措施
这是将空气中游离粉尘聚集起来处理的一项聚歼性措施,它主要通过吸尘器和捕尘器来完成,具体形式有:①干式捕尘器;②湿式捕尘器;③空气过滤除尘器等。
近年来,有研究利用汲尘滚筒来除尘的,它是以高压水作为气流运动实现的动力灭尘。将若干个集尘管均匀地布置在滚筒轴周围,在集尘管的一端(靠煤壁侧)分别装有高压水喷嘴。集尘管中的水喷雾带动了空气的流动,使气流从煤壁侧通过集尘管到滚筒的另一侧。在气流通过滚筒后,气流和水沿滚筒端面边缘和折流板之间的缝隙流出,其中部分气流沿滚筒表面返回集尘管再次参与循环,而另一部分则被工作面风流带走。
2.4 个体防护
个体防护是指通过佩带各种防护面具,如防尘口罩、防尘面罩、防
尘矿帽等,以减少吸入人体粉尘量的一项补救措施,这是防止尘害的最后一道被动措施。
2.5 其它粉尘防治措施
这些措施包括:①声波雾化降尘;②磁化水降尘;③预电荷高效喷雾。
2.6 粉尘综合控制技术
该技术是以干式布袋除尘器为主体的粉尘控制技术,其特点是从吸尘、降尘、除尘以及通风方式、风流控制上综合考虑,达到有效控制工作面粉尘的目的。
三、存在的问题与思考
通过前面的分析可以看出,工作面产尘是矿井粉尘的根源。而在机械化采掘工作面,机器截割时产生的粉尘是工作面粉尘的主要来源。调查结果表明,在机械化采煤工作面,采煤机截割过程产生的煤尘占整个工作面粉尘总量的80%左右。因此,如何有效地控制截割产生的粉尘对整个矿井的防尘起着举足轻重的作用。
现在,世界各国都规定,在采煤机和掘进机上要采取喷雾降尘措施。但由于喷雾装置的可靠性较差,在实际生产中对粉尘没能起到很好的抑制作用。近年来,各国的科技人员围绕喷嘴的形式、布置方式、喷雾用水的压力和流量以及吸尘滚筒等方面作了大量的研究,都因结构复杂、使工作面净空间减少、费用高、可靠性低等原因,没有得到推广应用。利用高压水射流虽然可以减少粉尘,但还存在着经济性差、底板软化、工作面水处理不易解决等问题。
然而,纵观目前的各种防治措施不难发现,它们都是从粉尘形成后如何防治着眼的,而忽略了粉尘生成这一关键环节。实际上,截割产生粉尘才是工作面粉尘的根源。只有抓住截割粉尘这一关键环节,有效地控制尘源的产生才是粉尘防治的唯一经济可行方法 ,也只有这样,才能收到事半功倍的效果。在此,深入开展产尘因素与截割粉尘之间关系的研究,对从根本上控制工作面粉尘具有重大意义。
分析表明,截齿的类型、结构尺寸、以及在采煤机滚筒和掘进机截割头上的排列方式、滚筒和截割头的结构形状、几何参数、运动参数、截割参数、以及它们在机器上的布置方式、采煤机和掘进机的工作方式都对产尘有直接的影响。因此,改变传统的粉尘防治思路 ,抓住截割产尘这一主要因素,开展截齿、滚筒和截割头以及整机参数与截割粉尘之间关系的研究,合理地选取其结构与参数,将会从根本上减少截割粉尘,达到明显降低采掘工作面粉尘的目的。