唐山矿综放工作面综合防尘技术研究与应用.pdf

Y8 7 二016 中图分类号三旦2 丝 论文编号 H 旦L 鱼Q 照． 学科分类号4 4 Q ．1 5密级垒珏 河北理工大学 工程硕士学位论文 唐山矿综放工作面 综合防尘技术研究与应用 作者姓名杨忠东 领域名称亚些三捏 研究方向；绽金随尘 学习单位鲤j E 堡王盔堂学习时间2 量生提交日期2 Q 竖生坠旦1 5 旦 申请学位类别工程硕士 导师姓名韭童毽热援 单位塑j ￡堡王盍堂 堂塞盔矗王单位珏蘧￡塞国 直匣煎廷垒盈 论文评阅人匿名 匿鱼 论文答辩日期2 Q Q 生坚旦Q 旦答辩委员会主席趔盖垩熬援 关键词综放工作面{ 粉尘；综合治理；研究应用 唐山河北理工大学 2 0 0 6 年3 月 摘要 摘要 综采放顶煤是一种先进的采煤工艺，唐山矿自1 9 9 1 年引进综放技术，在矿井的 高产高效建设中发挥了重要作用，但其缺点是产尘量大，对煤矿“一通三防“ 安全 管理构成较大威胁。唐山矿综放工作面综合防尘技术研究与应用，是为了解决综采 放顶煤产尘量大的问题、适应矿井高产高效建设以及“一通三防”安全管理的发展 要求而提出的。本文比较系统地阐述了国内外综采放项煤防尘技术的应用现状，分 析了唐山矿综采放顶煤工作面在防治粉尘方面存在的问题与不足，提出了适合综采 放顶煤工作面的综合防尘理论和设计措施，并在理论分析的基础上进行了水源净 化、防尘供水、煤体注水、风水喷雾等设计，通过工程实践及现场粉尘测定研究， 分析总结了综合防尘效果，解决了多年来综放工作面存在的产尘量大、粉尘浓度高 以及职工作业环境差的难题，改善了矿井在粉尘防治方面的现状。 关键词综放工作面；粉尘；综合治理；研究应用 分类号4 4 0 ．7 5 ； 河北理工大学硕士学位论文 A b s t l a c t T h e 、v a yo fs y n t h e t i c a lm i n i n gc o a li so n eo fa d V a n c e dt e c l m o l o g yi nm i n i n g ．I th a s p l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei ni m p r o v i n gt l l eq u a l i t ya n de f 6 c i e n c yo fm em i n i n g ，s i n c ei th a s f e t c h e di nt h ec i t yo fT a n gS h a I li n19 91 ．H o w e v e r ，m et e c h n o l o g yb e a r sm u c hd e f e c t s ， s u c ha Sh i 曲q u 觚t i t ri n d u s t ，t l l r e a t e n i n gt ot h ei n v e s t i g a t et h e 印p l i c a t i o no ft l l e s y l l t h e t i c a l 、棚r k j n gf a c ea b o u td u s t p r o o fi nT a I l gS h a l lm i I l i n gi no r d e rt or e S o l v et h e h i g h - q u a n t i 够i nd u s ti na p p l i c a t i o no f 廿l es 灿e t i c a lm i n i n ga n da d a p tt ot h eq u a n t i t r 锄d e m c i e n c yo ft l l em i n i n g ，a sw e Ua st l l er e q u i r e m e n to f “O n eV e n t i l a t i o na I l dT h r e ep r o o f S ”． A n dt l l e p a p e rc o m p 删i V e l ys y s t e m a t i c a l l ye x p l a i n st 1 1 ea p p l l r i n ga c t u a l i t y o fm e t e c l l l l o l o g yi nC h i n aa 1 1 da r o u I l dt l l ew o r l da I l da l l a l y z e ss o m ep r o b l e m sa I l ds h o r t a g e so f t h et e c l l l l o l o g yi n d u s t - p r o o fi nT a I l gS h a J lm i n i n g ．M o r e o V e r ， t h e批rp r o p o s e s r e l a t i V e l yb o t l lt h e o r yo fs y n t l l e t i c a ld u S t - p r o o fa n da p p l i c a t i o nb a s e do nt h et e c h n o l o g yo f s y n t l l e t i c a lm i n i n gw o d d n gf ．a C e ．F u l 恤e n I l o r e ，m ea l I t l l o rm s od e s i g n sm a I l ye p e r i I I l e n t s o nt h et 1 1 e o r e t i c a la I l a L l y s i s ，s u c ha Sw a t e r - c l e a I l i n g ，w a t e r - s u p p l y i n gi nd u s t - p r o o ew a t e 卜 a f 】瞰s i n gi n t oc o a l ，g e o m a n t i cs p ￡a y i n g 锄ds oo n ．A sar e s u h ，t 量l ep a p e rh a Sr e s o l v c dt l l e p r o b l e m so fh i 曲一q u a n t i 够i nd u s t ’h i 出- d e n s i t yi nd u s t ，a sw e l la sa b o m i n a b l e 、帕r k e n V i r o m e n ti n p r o c e s so f 印p l y i n g Ⅱl es y n t h e t i c a lm i n i n gc o a lb yt h em e t h o do f e n g i n e e n i n ga p p I i c a t i o na l l dd u S td e t e n n i n a t i o n ，a s 、v e Ua sa l l a I y z e sa I l ds u I 】m a r i z e st h e e f f e c to fd u s t - p r o o f ．S oi th a Sg r e a t l yi m p r o V e dt h ep r o b l e mo fd u s tp r o o fi nm i n i n g ． K e y W o r d s T l l e s y n t l l e t i c a l 、Ⅳo r k i n gf a c e ；d u S t ；c o H l p r e h e n s i V em a I l a g e m e n t ； r e s e a r c ha I l da p p l i c a t i o n ．I I ． 独创性说明 本人郑重声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名笙釜昌应、 日期旦厶年鱼月趁日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 保密的论文在解密后应遵循此规定 日期丘年皇月颦日 引言 引言 丌滦集团1 9 9 1 年丌始引进综放技术，首先在唐山矿进行试验应用，目前已使用 了1 5 年之久。实践证明综放采煤技术具有“掘进巷道量少、产量高、效益大”的优 点，在矿井的高产高效建设中发挥了重要作用。但其缺点是产尘量大，对煤矿“一 通三防”安全管理和职工的身体健康构成较大威胁，是煤矿多年来一直在研究解决 而始终未得到较好解决的棘手问题之一。因此，通过该项目的研究试验，力争在防 尘技术和效果方面有所改进与突破w 。 目前国内外综放工作面的粉尘防治技术主要采用煤体注水、喷雾洒水、转载点 密闭抽尘、泡沫除尘和高压水射流吸尘等净化措施，其中泡沫除尘和高压水射流吸 尘等净化措施在国内尚无应用，是一种新型高效的除尘方法，经济费用比较高；其 它除尘方法存在的主要问题是注水参数和注水工艺难以确定 因为不同煤层的埋藏 条件是不一样的 ，采煤机、液压支架喷雾系统布置形式和喷雾参数不太合理瞳1 。 针对唐山矿综放工作面的防尘现状，通过多方调研，运用相关理论分析、试验 室实验和现场试验，研究和确定唐山矿综放工作面采煤工艺和合理的注水参数 包 括加湿润剂的注入方法 、各尘源的粉尘控制方法、喷雾洒水时喷嘴的布置形式和 压力的确定等技术问题，通过对高产高效综放工作面的煤体性质、水压、水量、机 组内、外喷、采煤工艺进行研究，找出以“长孔煤体注水为主，其它防尘措施为 辅”的综合治理措旋，使综放工作面的粉尘防治达到了一个理想的结果。 阿北理丁人学硕士学位论文 1 ．1 问题的提出 1 文献综述 厚煤层长壁放顼煤采煤法是法国、前苏联、南斯拉夫等国在1 9 5 0 年前后开始应 用的，6 0 年代随着综合机械化采煤的发展，1 9 6 3 年法国研制出“香蕉”型放顶煤液 压支架，并于1 9 6 4 年用于法国布朗齐矿区达尔西矿，工业试验取得成功。我国于 1 9 8 2 年引进综采放项煤技术，1 9 8 4 年在沈阳蒲河煤矿开始工业试验，目前已成为厚 煤层开采的一种主要采煤方法。1 9 9 6 年全国综采面平均年产量超过7 0 万吨，2 0 0 0 年兖州东滩矿综放工作面年产达到5 1 2 万吨，标志着这项新技术达到了国际领先水 平耶q3 。开滦1 9 9 1 年开始引进综放技术，首先在唐山矿进行试验应用，目前已使 用了1 5 年之久。实践证明综放采煤技术具有“掘进巷道量少、产量高、效益大”的 优点，在矿井的高产高效建设中发挥了重要作用。但其缺点是产尘量大，对煤矿一 通三防安全管理和职工的身体健康构成较大威胁，是煤矿多年来一直在研究解决而 始终未得到较好解决的棘手问题之一。因此，想通过该项目的研究试验，力争在防 尘技术和效果方面有所改进与突破。 1 ．1 ．1 粉尘概述 粉尘是在矿井建设和生产过程中所产生的各种岩矿微细颗粒的总称，在煤矿中 主要是指煤尘和岩尘。按其存在状态分为浮尘和落尘，悬浮于空气中的矿尘称浮 尘，沉落下来的称落尘；按其成分可分为岩尘、煤尘和水泥粉尘三类；按其大小可 分为肉眼可见粉尘 直径大于l O u m ，在静止的空气中呈加速下降 、显微粉尘 直 径0 ．1 1 0 u m ，在静止的空气中呈等速下降，下降速度的大小与尘粒直径重率的平 方呈正比 超显微粉尘 直径小于0 ．1u m ，在静止的空气中可看成是不沉降的 。 各种粒度的尘粒在全部矿尘中所占的百分比称为矿尘的分散度。粉尘中微细颗 粒多，所占的比例大，称为分散度高；粉尘中粗大颗粒多，所占比例大，称分散度 低；我国把矿尘分散度划分为四个等级，即2 m 以下；2 ～5 u m ；5 一l O 斗m ；1 0 m 以 上，分散度越高，粉尘的危害性越大。 在矿井内用“矿尘浓度”的大小来衡量风流中含尘量的多少。矿尘浓度是指矿 内空气中所含浮尘的数量，分重量法 m ∥m 3 和计数法 粒，c m 3 两种表示方法， 一般多用重量法表示”1 。 ．2 ． I 文献综述 在煤矿建设和生产过程中，由于地点和生产方式不同，所产生的粉尘数量也不 同。按地点以采掘工作面产生的矿尘量最高，如在没有采取防尘措旋进行凿岩时， 工作面的含尘量可达8 0 肚1 4 0 0 m ∥m 3 ，而爆破时可达数千毫克；其次是运输系统中 的各转载点产生的矿尘。在采煤工作面，机械化程度愈高产尘的煤尘量愈大，如本 溪煤矿测定资料采用打眼放炮采煤时，回采工作面的煤尘浓度相当于风镐采煤时 的1 ．8 倍；而联合采煤机采煤时的煤尘浓度为风镐采煤的1 2 ．5 倍。 1 ．1 ．2 粉尘的危害 粉尘对井下人员身心健康和矿井安全生产危害极大，其表现在以下几个方面 1 ．对人体的危害 飞扬在井下空气中的矿尘，被人体长期吸入后，轻者可引起上呼吸道的炎症， 严重时可导致尘肺病，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， 是煤矿一直未能解决的严重问题。 2 ．煤尘在一定条件下可以爆炸 煤尘爆炸威力远大于瓦斯爆炸的威力，产生高温、高压冲击波和大量的有毒有 害气体，导致大量人员伤亡和设备财产损失，严重威胁矿井安全生产。世界各国在 煤矿开采历史上因煤尘爆炸造成的危害是惨痛的。1 9 0 6 年，法国古利耶尔无瓦斯煤 矿发生特大煤尘爆炸，死亡1 0 9 9 人；1 9 1 7 年，扰顺大山坑煤矿发生特大瓦斯煤尘 爆炸，死亡9 1 7 人；1 9 4 2 年，本溪湖煤矿发生特大瓦斯煤尘爆炸，死亡1 5 9 4 人； 1 9 6 0 年，大同老白洞煤矿发生特大煤尘爆炸，死亡6 8 4 人。近4 5 年来瓦断煤尘爆 炸事故仍时有发生”1 。 3 ．加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命 随着煤矿机械化、电气化、自动化程度的不断提高，矿尘对设备性能及其使用 寿命的影响越来越突出，如损坏液泵、采煤支架液控闸阀组件、工作面测压仪表等 等。 4 ．降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生 在一些综采工作面割煤时，工作面煤尘浓度商f 达4 0 0 0 ～8 0 0 0 m ∥m 3 ，工作面能见 度极低，往往会导致人员误操作或不能及时发现事故隐患，增加了发生人身事故的 可能性。 河北理上人学硕] 学位论文 1 ．2 国内外研究现状 多年来，煤矿防尘问题一直是煤矿通防安全管理的重点和难点，煤矿粉尘的危 害极大，不仅可以造成职工的尘肺病，影响职工的身体健康，同时还会发生煤尘爆 炸，造成大量人身伤亡和财产损失。煤矿粉尘是影响矿井安全生产，危害职工健康 的主要灾害之一。 随着采掘机械化水平的不断提高和煤矿开采强度的不断增大，加之生产的高度 集中，导致井下粉尘问题更加突出，据测定综采工作面采煤机割煤时，司机及下_ I 吨 侧1 0 m 处人行道的瞬时原始总粉尘浓度曾达到2 0 0 0 ．4 0 0 0 m g ，m 3 ，特别是综合机械化 放顶煤的开采，由于开采强度大，产尘源多 比一般综采增加放煤口和放煤溜子等 产尘点 ，粉尘问题越来越严重。我国煤矿不仅发生过数十次煤尘爆炸事故，造成 数千人死亡，而且更严重的是导致矿工患尘肺病，造成严重的经济、社会影响。因 此，研究丌发和控制综放工作面粉尘新技术，加大我国煤矿综合防尘的力度，改善 矿工的作业环境，具有重要的现实意义。 井下综放采煤工作面产生粉尘的部位较多，如采掘机械割煤、装煤和破碎，液 压支架移架，放煤孔放煤，运输机转载点和破碎机破煤处都会产生大量粉尘，其中 采煤机、液压支架移架、放煤处尘源处于风流中随时移动，产生的粉尘可随风流漂 移和扩散，难以用密闭罩封闭尘源，增加了治理难度；而转载点和破碎机处的尘源 相对固定，可采用密闭罩控制粉尘的飞扬。目前从国内外所查到的资料表明综放 工作面的粉尘控制技术主要采用煤体注水、喷雾洒水、转载点密闭抽尘、泡沫除尘 和高压水射流吸尘等净化措施，其中泡沫除尘和高压水射流吸尘等净化措施在国内 尚无应用，是一种新型高效的除尘方法，值得进行研究和应用，其它除尘方法存在 的主要问题是合理的注水参数和注水工艺难以确定 因为不同煤层和埋藏条件是不 ～样的 、采煤机和液压支架喷雾系统布置形式和喷雾参数不太合理，是影响降尘 效果的主要原因。 尽管近几年开滦唐山矿业公司在综合防尘方面做了大量工作，使粉尘浓度有了 大幅度下降，取得了一些效果，综放工作面的粉尘浓度已由原来的1 0 0 0 ～1 5 0 0 m g ／m 3 降到6 0 0 m g ／m 3 左右，掘进工作面的粉尘浓度由原来的7 0 0 ～8 0 0 m g ／m 3 降到3 0 0 一 5 0 0 m ∥m 3 左右，但是和国家煤矿安全规程的要求1 0 m g ，f n 3 还有较大差距，对井 下职工的身体健康和矿井安全生产的威胁还未彻底消除。因此，需要在认真总结以 往成功经验的基础上，对高产高效综放工作面尘害治理做进一步的研究与探索试 ．4 ． 1 文献综述 验，通过创造性的丌展工作，试验摸索出一套切实有效的治理尘害的技术，大幅度 的降低粉尘浓度，进一步改善井下职工的作业环境，防止重大煤尘事故的发生，从 而为综放工作面的普及推广提供坚实的技术安全保障‘7 h ％。 1 ．3 解决问题的可行性 煤矿粉尘的防治技术，从2 0 世纪8 0 年代起，随着采掘机械的广泛应用而得到 了长足发展。尤其是近1 0 年来的科技攻关中，进一步地开展了煤矿粉尘防治技术地 试验与研究工作，取得了可喜的成果。如综放支架自动喷雾装置的成功、大流量高 压注水泵的出现、封孔泵的产生、封孔工艺的改进以及降尘剂的出现、自动喷雾装 置的研制与改进等等新技术设备的产生与应用，均为煤矿粉尘综合治理奠定了坚实 的基础“⋯。 开滦唐山矿业公司自1 9 9 1 年开始应用综采放顶煤回采工艺以来，先后开采了 5 1 8 8 、5 2 8 0 、2 7 9 0 、2 7 9 0 N 、6 0 9 1 w 、6 0 9 l 缓、6 2 9 0 、5 2 8 4 、8 2 8 2 、8 2 8 4 、7 4 9 1 、 7 4 9 3 、3 6 9 4 、T 2 1 9 l 、T 2 1 9 5 、T 2 1 9 2 、T 1 4 9 l 、T 2 1 9 4 等1 8 个工作面，在防尘方面做 了大量的试验与探索，掌握了综放工艺各工序的产尘规律，积累了一定的综合防尘 技术经验；多年来与北京科技大学和河北理工学院有广泛的合作关系，公司拥有多 年来从事防尘工作的工程技术人员，科研和技术力量较为雄厚；该公司为年产4 0 0 万吨以上的大型矿井，企业效益良好，物质设备、人员和资金力量具有可靠的保 障。同时国家和各级主管部门对防尘工作的高度重视、“以人为本”的管理理念， 科学发展观的建立也为防尘工作的大力开展起到了积极的促进作用。 通过河北理工大学、北京科技大学与开滦集团唐山矿的合作，运用相关理论分 析、试验室实验和现场试验，研究和确定唐山矿综放工作面工艺和合理的注水参数 包括加湿润剂的注水方法 、各尘源的粉尘控制方法、喷雾洒水时喷嘴的稚置形 式和压力的确定等技术问题，达到控制粉尘的目的。 1 ．4 唐山矿综采放顶煤工艺及防尘概况 开滦唐山矿业公司自1 9 9 1 年开始应用综采放顶煤回采工艺以来，先后开采了 5 1 8 8 、5 2 8 0 、T 2 1 9 2 、T 1 4 9 1 、T 2 1 9 4 等1 8 个工作面，矿井采用“2 1 ”生产格局， 即两个综放工作面，一个综采工作面。目前有T 2 1 9 3 、T 2 2 9 4 两个综放工作面正在生 产。综放工作面采用“u L ”型巷道布置的通风方式，工作面走向长度1 0 0 0 m 以 河北理上 人学硕} 学位论文 上，倾斜长度1 2 0 ～1 5 0 m ，工作面倾角1 2 1 7 。，煤层厚度1 肚1 1 m ，工作面单产 5 0 0 0 ～7 0 0 0 t ／d 。 矿井以前主要采用长钻7 L 煤体注水、转载喷雾、机组内外喷雾、放煤口喷雾和 净化水幕等较为传统的防尘措施，效果不理想。主要存在以下问题 1 ．4 ．I 防尘用水水质差 唐山矿防尘用水利用的是井下排出的污水，经自然沉淀和一般过滤后供给井下 使用，供水水质较差，经常堵塞喷嘴。防尘用水总悬浮物浓度为9 2 ．5 m g ／l ，虽然达 到要求，但是对设备也有很大的损害，同时也会堵塞喷嘴。由于缺少流量计，工作 面的供水量没有测量，但是从现场情况看，水量较小，难以满足喷雾除尘的需要。 1 ．4 ．2 工作面防尘供水设计不规范 供水管路多凭经验安装敷设，科学合理性欠缺，造成供水水压、水量不足。按 照煤矿安全规程2 0 0 4 的要求，采煤机必须安装内、外喷雾系统，割煤时必须喷雾降 尘，内喷雾压力不小于2 M p a ，外喷雾不小于1 ．5 M p a ⋯1 ，喷雾流量必须与机型相匹 配。如内喷雾不能正常喷雾，外喷雾压力不得小于4 M p a ，无水或喷雾装置损坏时必 须停机，防尘供水总悬浮物浓度不得超过1 5 0 m g ／1 。而唐山矿综采工作面防尘供水水 压一般在1 ．2 也．O 之间。根据2 0 0 4 年8 月的实测数据，T 2 1 9 3 进风道口水压为 2 ．O M p a ，溜子道口为1 ．8 M p a ，通过工作面还会有沿程损失和局部阻力损失，如果工 作面长度为1 5 0 m ，那么到达采煤机后水压还要降低1M p a 左右，所以喷雾的压力难 以达到安全规程的要求，更不能取得理想的捕尘效果。 1 ．4 ．3 煤层注水效率低、效果差 煤体注水设计及钻进设备、旌工工艺陈旧，煤层注水效果差，不适合高产高效 综放工作面一次采全高、煤层厚、推进速度快的特点要求。 1 ．4 ．4 机组内外喷雾设计不合理 内喷雾喷嘴经常堵塞，不起作用，外喷雾雾化降尘效果差。 外喷在机组机头靠煤壁向滚筒喷雾，喷嘴数量少，水量小，水压不足，出水雾 化效果差，没能起到除尘的作用，又经常被砸落的煤块损坏和堵塞。内喷雾也存在 同样的问题。液压支架上喷嘴布置不合理，在支架的前中后各设一个喷嘴，出水呈 ．6 一 l 文献综述 空心圆锥状。但是喷水会淋湿在下面工作的工人，且有些喷嘴堵塞不能及时维护， 所以移架时工人并不开启喷雾系统，造成工作面防尘措施虚设，粉尘浓度过大。 1 ．4 ．5 粉尘浓度严重超标 根据G B l 6 2 4 8 ．1 9 9 6 作业场所空气中呼吸性煤尘卫生标准；T J 3 6 ．7 9 工业企业设 计卫生标准L D 3 9 ．9 2 作业场所空气中呼吸性煤尘接触浓度管理标准；煤矿安全规 程等等，井下有人工作的地点和人行道的空气中的总粉尘和呼吸性粉尘浓度要符合 下表的要求 表1 作业场所中粉尘浓度标准 T a b l elS t a l l d a r do f t h ed u s td e n s i t yi nw o r k i n gs t a t i o n 然而唐山矿综采工作面平均粉尘浓度通常超过2 0 0m g ／m 3 ，粉尘浓度最高处达 到1 0 0 0 m g ，m 3 以上，分别是国家标准的2 0 和1 0 0 倍H 2 “扪。 1 ．5 研究内容的确定 通过多方调研并与科研院校合作，运用相关理论分析、试验室实验和现场试 验，研究和确定唐山矿综放工作面采煤工艺和合理的注水参数 包括加湿润剂的注 入方法 、各尘源的粉尘控制方法、喷雾洒水时喷嘴的布置形式和压力的确定等技 术问题，通过对高产高效综放工作面的煤体性质、水压、水量、机组内、外喷、采 煤工艺进行研究，找出以“长孔煤体注水为主，其它防尘措施为辅”的综合治理措 旋，重新设计制造，安装机组内、外喷，以达到显著的喷雾效果。 主要研究试验内容如下 1 ．从源头出发，根治地面水源，对地面水源净化系统进行优化改造，提高井下 供水水质； 2 ．优化供水设计，改造供水系统，提高供水量和水压，保证工作面用水需要； 3 ．实脆煤体注水防尘工作，探索改进钻孔设计和注水工艺，提高注水降尘效 果 ．7 ， 河北理工大学硕 学位论文 4 ．根据工作面主要产尘工序，制定针对性措施，同时设计改造机组外喷装置， 提高喷雾降尘效果； 5 ．进行技术革新改造，发挥综合防尘作用。 经过研究探索尘害治理技术，使综放工作面的粉尘浓度得到大幅度降低，采场 作业空间粉尘浓度控制到2 0 0 m ∥m 3 以下，回风流的粉尘浓度降到1 0 0 m g ／m 3 以下， 改善井下职工作业环境，杜绝重大煤尘事故。 2 研究的基本条件 2 ．1 矿井防尘概况 2 研究的基本条件 开滦集团公司唐山矿业分公司始建于1 8 7 8 年，是具有1 2 5 年历史的大型高瓦斯 矿井，，矿井位于开平煤田西北翼之南端，井田面积为3 7 ．2 8 k m 2 ，含煤地层为石炭 二迭系，含煤地层总厚度5 0 8 m ，矿井为立井、单翼、多水平、多煤层丌采，主要可 采煤层为5 煤层、8 煤层、9 煤层和1 2 煤层，多为缓倾斜煤层，平均厚度1 8 ．8 1 m ， 属l ／3 焦煤。矿井各煤层的煤尘爆炸指数为2 8 ．0 1 ％～3 7 ．8 8 ％，具有爆炸危险性”们。 矿井防尘供水采用地面钻孔集中净压供水系统，供水水源为由井下排出的污 水，首先经过储水坑 容量大为8 0 0 立方米 的自然沉淀进入地面过滤池，经过滤 后通过钻孔到井下9 水平2 2 石门减压站，减压后通过管路系统输送到各生产区域。 供水能力可达到6 立方米／分钟。 矿井有比较完善的防尘供水管路系统，井下供水主管道为直径0 1 5 9 n l I I l 和 中1 0 8 r m 无缝钢管，总长度3 2 0 0 0 m ，供水量为4 ．O ～6 ．0 m 3 ／m i n ，各生产区域供水压 力为1 ．5 2 ．5 M P a 。 矿井在地面建有一个粉尘化验室，粉尘测定方法主要采用称重法，用粉尘采样 器按规程规定靠点采样，每月测定两次，辅助测量方法是采用直读式粉尘测定 仪。目前综放工作面各工序的煤尘浓度为进风6 m g ，m 3 ，放煤6 8 0 m g ／m 3 ，移 架4 8 0 m g ／m 3 ，机组割煤8 7 0 m g ／m 3 ，工作面2 5 0 m g ／m 3 ，回风流1 6 0 m g ／m 3 。 回采工作面的防尘措施主要有煤体注水、机组内外喷雾、移架放煤喷雾、破 碎机、转载点喷雾、净化风流水幕和冲刷巷道等； 煤体注水主要采用在工作面上、下顺槽沿工作面倾斜方向布置长钻孔，下顺槽 每隔4 0 m 或5 0 m 布置一个钴窝，每个钻窝呈放射状布置3 ～5 个钻孔；上顺槽每隔 2 0 ～3 0 m 布置一个钻孔。钻孔长度视工作面长度和倾角而定，一般下顺槽的钻孔较 长，上顺槽的钻孔较短，但上下顺槽钻孔的总长度不小于工作面长度的三分之二。 钻进设备主要采用Ⅸu ．1 5 0 型、T x u ．7 5 型油压钻机和Y D x 一5 0 型岩石电钻，采用 巾4 2 m m 或巾3 3 m m 钻杆和m 4 2 m m 或西5 2 m m 钻头；封孔设备选用T B w ．5 0 ，15 泥浆 泵，封孔方法采用水泥砂浆封孔或自动封孔器封孔，封孔深度一般在l O m 或3 m 左 右。注水选用D 一2 ／1 5 0 高压注水泵。还试验过工作面煤壁短孔注水，其降尘效果比 长7 L 注水好，但与牛产工序冲突较大，不常采用5 叫蚰。 河北理1 大学硕十学位论文 2 ．2 工作面概况 T 2 1 9 3 工作面位于矿井十二水平铁二区南一采区，属8 、9 合区煤层。工作面南 邻T 2 1 9 2 采空区；东至新风井工业广场保护煤柱；西至本煤层未采区。北部无采掘 工程。 工作面走向长度9 8 5 m ，可采走向9 1 0 m 工作面倾斜长度1 2 5 m 煤层厚度；平均1 0 m ； 煤层倾角平均1 4 度；可采诸量1 3 4 ．6 8 万t 。 煤层含水量1 ．8 ～2 ％； 煤体硬度系数0 ．8 ～1 ．2 工作面采用先进的综放工艺开采，支护选用Z F S 4 4 0 0 一1 5 ／2 9 B 和Z F s 4 4 0 0 ．1 5 ／2 9 型液压支架，M G ．3 0 0 型的双滚筒采煤机。是唐山矿业公司的高产高效工作面，日 生产能力4 5 0 0 吨。工作面采用u L 型通风方式，有效风量1 6 ．5 m 3 ／s 。自2 0 0 5 年5 月开始回采。 表2 工作面主要设备一览表 T a b l e2 P r i n c i p a le q u i p m e n to f t h ew o r k i n g 鼬e 1 0 ． 3 防尘水源净化系统设计 3 防尘水源净化系统设计 唐山矿井下供水水源来自井下排出的污水，经过简单的自然沉淀过滤，用于井 下生产用水的使用由于净化效率低，再加上人为的扰动，水质极差，净化率仅为 1 2 ％，大大超过液压系统用水l o o m ∥L 的水质标准，由于煤泥、颗粒物较多，导致 井下供水管路积垢、喷嘴堵塞，液压支架阀片损坏，支架和机组内外喷雾和转载喷 雾、净化水幕等不能正常发挥作用，影响设备的正常使用，每年都造成较大经济损 失。同时随着矿井生产工艺的不断进步和提高，高产高效工作面大、中型设备的液 压系统广泛使用，对供水质量提出了更高的要求，水源中的悬浮物含量、成份、粒 径分布等因素直接影响着液压设备的工作状况和使用寿命9 q 舶。 为了提高井下供水水质，适应矿井综合防尘和高产高效建设需要，2 0 0 4 年与河 北理工学院、北京科技大学合作，共同完成了地面水源多级沉淀过滤和自动反冲洗 系统的设计，该系统有4 级沉淀，一套自动反冲洗过滤装置，具备了一定的沉淀过 滤和较大的储水功能，水池总容量约8 0 0 0 m 3 ，有效储水量约2 0 0 0 m 3 ，可提供井下 1 2 小时的生产用水，解决了7 水平间断性排水造成的水源不足问题。2 0 0 5 年6 月全 部竣工，经过一个月的试运行，8 月份经过验收后正式投入使用，使水质得到了较 大改善，取得了显著效果，水质浊度由原来的每升2 6 5 毫克下降到每升1 5 毫克，净 化率提高到9 7 ％，有效地改善了井下生产用水的水质，喷嘴堵塞和液压阀片损坏的 现象明显减少，生产单位反应良好，为井下防尘供水工作奠定了坚实的基础。 3 ．1 概述 煤炭是我国的主要能源，伴随煤炭生产的同时排放出大量的矿井水，将含悬浮 物的矿井水净化处理后作为生产和生活用水，比如处理后回流作为矿井防尘用水， 不仅合理利用了水资源，而且经济和环境效益明显。 国家环境保护“十五”规划中提出到2 0 0 5 年，国有大中型煤矿矿井水重复利用 率应达到6 0 ％以上。 我国矿井水净化处理技术起始于上世纪7 0 年代末，目前处理能力在侮天几万吨 以下的。处理地表江河、湖泊水的净化处理构筑物，在煤矿矿井水处理工艺中大部 分被采用过，如预沉调节池、反应沉淀池 或澄清池 、过滤池等。矿井水净化处 理后可用作工业用水或生活用水。已投入使用的净化处理技术主要有沉淀、混凝 沉淀、混凝沉淀过滤 混凝澄清过滤 等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉 河北理_ I 人学硕士学位论文 淀或混凝沉淀处理技术。处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过 滤 混凝澄清过滤 处理技术。处理后作为生活用水，过滤后必须再经过消毒处 理。有些含悬浮物的矿井水含盐量较高，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再 经过淡化处理‘2 3 ‘’2 刀。 3 ．2 矿井水处理技术现状 3 ．2 ．1 混凝齐口及其形式 含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂。目前聚合氯化铝较为常 用，也有用聚合铝铁的。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺 P A M 。矿井水处理中混凝 剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混合较常采 用‘2 踟。 3 ．2 ．2 沉淀和澄清 矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式沉 淀、斜管 板 沉淀，其处理能耗小，但存在处理设施占地面积大，沉淀污泥易堵 塞造成排泥不畅等缺点陀如。机械加速澄清池、水力循环澄清池都是集混凝反应和 沉淀过程于一体的水处理设施，水力循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负 荷冲击熊力强、设施维护简单和操作方便等优点。机械加速澄清池占地面积较小， 但处理能耗大、设备维护工作量大，实际应用中处理效果不如水力循环澄清池好。 气浮池也有应用，但应用较少‘3 们。 3 ．2 ．3 过滤 矿井水处理常用的过滤设施有普通快滤池和重力式无阀滤池。对于处理水量较 少的一[ 程中，现在由厂家直接生产的成型的过滤器也用的较多。普通快滤池由于管 路、阀门系统较复杂，反冲洗操作繁琐并且难以控制布水均匀，所以出水质量难以 保证，～般用于处理水质要求不太高的工程实例中；重力式无阀滤池能自动反冲 洗，操作简便，管理和维护方便，但价格较昂贵，投资明显增大厂家生产过滤器 运行方便，灵活性强，操作简便，并且有质量保证和良好的售后服务，受到越来越 多的欢迎，但价格不菲，初期投资较大。 一1 2 ． 3 防 水渊净化系统设计 当前我国单层石英砂滤池用的较多，该种滤池的滤层表面易堵塞丌裂，产生短 流。其主要原因是单层石英砂滤池在用高速水流反冲洗时，滤层就会发生膨胀，产 生水力分级的现象。使较小粒径的滤料存在于滤料层的上部，较粗粒径原滤料存在 丁二滤料层的下部。在过滤的过程中，表层滤料粒径最小，粘附表面积最大，截留的 杂质也最多。而小粒径的颗粒很小，因而，过滤到一定时问后，表层滤料间的孔隙 逐渐被堵塞，严重时表面滤膜开裂，大量水流将从裂缝中流出，造成短流。杂质颗 粒就很容易穿透整个滤层，降低出水水质”⋯“。 因此一般采用双层或多层 混合 滤料滤池。上层为轻质而颗粒较粗的滤料， 下层为比上层比重大而颗粒较细的滤料。当用高速水流冲洗时，虽然也有水力分级 现象，但滤料从整体上看，上部滤料平均滤料粒径较粗，下部滤料平均粒径较细。 过滤水先经过较粗的滤料，再经过较细的滤料。滤料的这种呈“反粒度”分布，可 使滤料深层也能起到截污作用。这是因为上部滤料颗粒间隙尺寸比下部滤料颗粒间 隙尺寸大，就不易被过滤水中带来的杂质堵塞。 滤池通常采用无烟煤和石英砂双层滤料。 此外，目前我国常用的滤池有两类一类采用常规的单层或双层滤料的传统滤 池，高速水流反冲洗；另一类采用均质滤料，气水反冲洗。 传统滤池采用高速水反冲洗时，高速水流自下向上冲洗，滤料层膨胀起来。截 留于滤层中的污物，在滤层孔隙中的水流剪力作用下，从滤料表面脱落下来，然后 被冲洗水流带出滤池。这种冲洗方式因为配水系统构造简单，一直被广泛应用于过 滤技术中。但也存在着一定的缺点，即冲洗水量大，冲洗不彻底，滤料易结泥球 等。而气水反冲洗均质滤料技术的出现，大大提高了滤层的含污能力，延长了滤池 的工作周期，有效地避免了负水头现象的产生；使滤料冲洗更干净，延长了滤料的 使用寿命，减少了水反冲洗强度，节水节电，降低了运行成本。但均质滤料气水反 冲洗