煤矿粉尘控制技术现状与发展趋势-.doc

大,一般在80kN左右,但锚杆受力最大不超过160kN,在设计允许范围内,锚杆保持一定的工作载荷且有部分余量。 2回采工作面动压影响期间顶板锚杆受力变化很小,且只有很少部分锚杆中部最大变化值为11kN。再次表明工作面超前支承压力影响程度不大,支护质量较好。 综合以上监测结果表明采用树脂加长锚固锚杆组合支护系统,并进行锚索补强的支护形式是合适的,支护参数选择较为合理,能够有效地保证巷道安全。 4结论 通过数值模拟分析及巷道围岩变形监测结果,结论如下 1对大断面回采巷道合理支护参数的数值为析结果表明,该开采条件下,采用锚杆长度为2400mm、间距1000mm,2根锚索补强支护的联合支护方式能够保证回采期间巷道围岩的稳定。 2回采巷道顶板离层及锚杆载荷观测结果为顶板离层在15d之内基本稳定,离层量不超过12mm;掘进期间锚杆受力在50kN左右,受动压影响时增大至80kN,最大受力不超过160kN,锚杆受力变化不大,载荷稳定增加。支护参数选择合理,支护效果较好。 作者简介 王伟,1974年出生,男,安徽阜阳人,1998年毕业于河北建筑科技学院采矿工程专业,现在平煤天安六矿工作。 收稿日期2008-10-20 煤矿粉尘控制技术现状与发展趋势宏河矿业集团公司横河煤矿吴博 矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称,主要包括煤尘、岩尘和水泥矿尘。煤矿生产是矿尘危害的重点行业,矿尘如果得不到有效的控制,势必会严重危害矿工的身心健康,同时也给矿井安全生产造成很大的威胁。矿尘的主要危害有危害人体健康,引起职业病尘肺病、矽肺病等;某些矿尘在一定条件下可以引起爆炸;矿尘还能加速机械磨损,缩短精密仪器的使用寿命;降低工作场所能见度。据相关文献报道,作业环境矿尘浓度按行业分析以煤炭行业最高,矿尘浓度范围在0.23000mg/m3,超标率达86.5; 2002年原国有重点煤矿有532处矿井煤尘有爆炸危险,占87.4,小煤矿中91.35煤矿的煤尘具有爆炸危险,其中高达57.71的具有强爆炸性,瓦斯爆炸参与煤尘爆炸所造成的重大特大事故占煤矿事故的很大比重。因此必须采取有效措施对煤矿矿尘进行控制。 1矿尘防治技术 煤矿生产过程中,如钻眼作业、爆破作业、采掘、运输等各个环节都会产生大量的矿尘。为此控制的重点就是如何减少、降低这几个区域的产尘量,把矿尘控制在安全浓度以下。 1.1减少和抑制尘源产生 煤矿生产产生的矿尘按粒径组成范围可划分为全尘和呼吸性粉尘,其中呼吸性矿尘对工人的身体健康有更大的危害。因此,在抑制尘源的同时必须降低呼吸性粉尘浓度。该方法是防尘工作的治本性方法,它不仅可以减小总产尘量,同时可以减少呼吸性粉尘的比例,是矿井控尘中优先采用的技术措施。主要技术措施有煤层注水、湿式打眼、水炮泥、采掘机械内外喷雾等。煤层注水是利用水的压力通过钻孔把水注入即将回采的煤层中,使煤体得到预先湿润,减少采煤过程中浮游煤尘的产尘量。这种措施降尘效果较好,一般可降低矿尘浓度60 90左右。国外采用煤层注水除尘的工作面数量占总工作面数量的百分比很高,而我国采用煤层注水的工作面数量则较低,有些国家在煤层注水中加湿润剂,提高了湿润程度和降尘的效果。1.2降低悬浮矿尘 采用抑制尘源的措施后,仍有一定量的矿尘悬浮在矿井风流中,对这部分矿尘采取采煤机内外喷雾、液压支架移架自动喷雾、转载点、回风巷等点采取定点喷雾洒水等技术措施使其沉降,以降低风流中的矿尘浓度。喷雾技术的关键是喷嘴要能形成良好降尘效果的雾流。有些国家研制出系列喷嘴,美国和前苏联等国家还在雾流参数方面进行了大量研究,并建立了喷嘴检测中心,保证了喷嘴的生产质量和使用效果。 1.3通风除尘 对一些颗粒极小的矿尘,特别是呼吸性矿尘,在采取了喷雾技术后,仍有一部分矿尘粒难以沉降,继续悬浮在空气中。为此,可加强通风和改变通风方式,使其不断被风流稀释并排除,同时可附加专门的除尘设备,使风流中浮游矿尘聚集之后被清除。例如利用除尘器除尘,将空气中的矿尘分离出来,从而达到除尘的目的。目前,国外一些主要产煤国家都在煤矿井下广泛用除尘器进行除尘。美国采用了除尘风机、湿式纤维除尘器、小旋风除尘器等。英国在掘进巷道及掘进机上采用了湿式洗涤除尘器和湿式过滤除尘器。前苏联在掘进机、采煤机或急倾斜煤层、回风巷等处采用了湿式旋流除尘器和吸尘泵。德国在破碎机处、转载点、掘进机上采用了干式布袋除尘器。国外的除尘设备一般体积大、较笨重,但除尘效率高,消音效果好,处理污染风量大。国内应用比较普遍的主要是除尘风机、风水除尘器以及负压二次降尘技术等,除尘效果也较好,但在利用除尘器除尘方面与国外还有一定差距。 1.4加湿润剂 一些降低总尘量效果较好的技术措施,对降低呼吸性矿尘量不够理想。在这种情况下,需采取提高呼吸性矿尘降尘效果的强化技术措施,如在水中加湿润剂措施。由于水的表面张力较大,对粒径较小的矿尘降尘率在30以下。水中加入湿润剂后,可大大增加水溶液对矿尘的侵润性,从而提高降尘效果。我国煤矿采用的湿润剂有JFC、HY、SR-1等,其降尘率一般较清水提高6090。 1.5磁化水抑尘 28 水经磁化处理后,使水的黏度降低,晶体结构变小、水珠变细,有利于提高水的雾化程度,增加水与尘粒的接触机会,从而提高降尘效果。磁化水的平均降尘率一般较清水提高1.91倍。 1.6泡沫除尘 泡沫除尘是用专门的泡沫发生装置向尘源喷射泡沫,刚刚生成的矿尘被无间隙泡沫覆盖得以湿润,失去飞扬能力。泡沫除尘同喷雾洒水除尘相比,其耗水量减少一半以上。这种除尘技术在美国、前苏联、波兰等国家得到广泛应用,并已研究出定型的符合安全卫生和使用要求的廉价发泡剂。还根据不同的尘源要求,研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备。泡沫除尘适用于尘源较固定的作业地点,如综采机组、皮带运输机等,一般除尘率可达90以上。 除了以上方法外,个体防护也是很重要的方法。工作人员可以佩带防尘口罩、防尘面罩、防尘呼吸器等。工人佩带这些用具后,既可以呼吸到净化后不含矿尘的空气又不影响正常操作。 2矿尘测量技术 医学研究已经证明,生产性矿尘中的游离二氧化硅,是致尘肺的主要矿物成分,因此,当今世界各国矿山的安全规程中,对作业现场空气中矿尘浓度限值的规定,都是以矿尘中的游离的二氧化硅含量为依据。我国煤矿安全规程对此也作了规定。 如何准确快速地检测出作业场所的矿尘浓度,对于安全生产和人身安全都至关重要。目前,世界各国使用的测尘仪器主要有2类矿尘采样器和直读式快速测尘仪。 使用采样器采样,通过称重和计算得出矿尘浓度值。由于采样器测量值准确度高,在很多国家定为标准矿尘浓度测定仪器,但这类测尘仪器需要称重、烘干、采样、再烘干、再称重及计算等一系列繁琐的过程,因此存在不能及时反映现场环境矿尘浓度的缺点。 采用直读式快速测尘仪,使用简便,可以在生产场所立即读出矿尘浓度的相对值,经换算可直接测得现场矿尘浓度的数值,这种矿尘仪主要有射线测尘仪、压电晶体质量测尘仪和光散射式测尘仪。该类测尘仪是充电式的,有的虽然能连续使用824小时,但是间歇式的测量,不能实时连续的监测。因此研究并开发推广矿尘实时在线监测监控系统是当前研究的热点。 3矿尘监测监控技术 国外发达国家对矿尘的监测大多是以长周期呼吸性矿尘监测为重点,如德国的TM系列,英国的西母斯林系列及美国的矿尘雷达等,这些系列都可以实现矿尘浓度的长周期监测,但它们价格昂贵,国内在矿尘实时监测方面与发达国家之间还有一些差距,但已经起步并取得了较大成绩,有些矿井安装了粉尘监控系统。 该系统可以实现实时检测矿尘浓度及变化趋势、可以在作业场点如综采、掘进、转载点、回风巷自动实现矿尘超标喷雾、控制水流、可以实现语音报警、超限断电、故障报警等,更重要的是报警喷雾浓度设置为10mg/m3,当矿尘浓度达到报警浓度时实现超前自动喷雾,降低了工作面的矿尘浓度,从而消除了矿尘引起爆炸的可能性,对预防尘肺病、节约水源、减轻清扫强度等起到了非常重要的作用。 该系统主要由采样模块、控制模块、通信模块、上位机监控及显示模块等组成。 采样模块的关键器件矿尘浓度传感器其主要技术指标为 检测灵敏度0.01mg/m,相对误差2; 测定范围0.01mg/m1000mg/m; 输入300400mA; 输出连续检测,输出为脉冲输出; 采样流量2L/min; 电源12VDC,矿用本质安全型,防爆标志ExibI; 控制模块采用CAN总线控制技术。 通信模块采用网络分站,独立组成监测监控系统,也可并入矿井安全监测系统中如KJ66,KJ76,KJ90等。 4煤尘控制技术的不足 以上列举的各种防降尘技术还存在一些现场应用等方面的不可操作性。虽然采取了多种防降尘措施,但是仍然发生了多起煤尘爆炸事故。存在的主要问题有薄煤层炮采工作面综合防尘技术一直困扰者煤矿企业,理论上已经具备了控尘技术,现场实际操作中,矿工在高度不足1m的空间内进行作业,进行洒水降尘,其操作难度可想而知;目前使用的粉尘传感器存在体积大、受水雾影响大、需要经常人工清理、不能直接安装在综采支架或采煤机上等缺陷;转载点自动喷雾有的虽然实现了能够识别煤炭水分,根据水分大小实现自动喷雾的技术,但设备技术含量以及效果还不能足以满足现场降尘技术的需要;市场上现有粉尘传感器虽然实现了与自动喷雾的控制,但还没有实现地面控制,该领域还存在很大的发展空间。 5矿尘控制技术发展趋势 近十几年来,矿尘控制技术无论在矿尘防治、矿尘测量还是矿尘监测方面都取得了很大进步,新技术、新工艺、新产品、新材料不断推出,与现场需求还有差距,下一步应重点从以下方面研究和开发 1矿尘防治。研究物理化学防尘技术,如探讨超声波除尘、电离水除尘、微生物除尘、声波雾化除尘等技术; 2矿尘浓度测量。由执行总矿尘浓度国家标准过渡到呼吸性矿尘浓度国家标准,并改进呼吸性矿尘采样器的质量; 3矿尘监控。推广现有成果,并向多点、远距离、大面积实时监测监控方向发展; 4在矿井综合防治评价系统的基础上,建立矿尘控制技术评价指标体系,使控制方案达到最优化; 5建立更合理的矿尘危害程度评估体系,使矿尘造成的危害最小。 作者简介 吴博,1991年毕业于山西矿业学院,矿山通风与安全工程师,注册安全工程师,现从事通风管理工作。 收稿日期2008-11-10 29