第三章 矿尘防治修改.ppt

第三章矿尘防治目录,第一节基本概念和理论概述第二节矿尘治理的基本技术第三节防治煤尘爆炸的技术第四节煤尘爆炸事故的处理复习题问题思考,,,,,,,第一节基本概念和理论概述主要内容,一、矿尘分类二、矿尘含量的计量指标三、矿尘的特性四、矿尘灾害的形式,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。,一、矿尘分类,矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。1．按矿尘粒径划分1粗尘。2细尘。3微尘。4超微尘。2．按矿尘的存在状态划分1浮游矿尘。2沉积矿尘。,浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化，浮尘因受自重的作用可以逐渐沉降下来变成落尘，而落尘当落尘受到机械振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时，它可再次飞扬，又成为浮尘。其风速的变化与矿尘粒度的关系如表3-1-1。,表3-1-1落尘变成浮尘风流的变化与矿尘粒度的关系,3．按矿尘的粒径组成范围划分1全尘（总矿尘）。2呼吸性矿尘。,二、矿尘含量的计量指标,1．矿尘浓度单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度，其表示方法有两种1质量法。2计数法。,表3-1-2中国煤矿矿尘浓度标准,2．产尘强度指生产过程中，采落煤中所含的矿尘量。4．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，单位为g/m2d。这一指标用来表示巷道中沉积矿尘的强度，是确定岩粉撒布周期的重要依据。5．矿尘的分散度矿尘的分散度是指矿尘的整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法。1）重量百分比。2）数量百分比。,三、矿尘的特性,（一）矿尘的悬浮性分散度高的尘粒可以较长时间在空气中悬浮，不易降落，这是微细矿尘的一种物理特性，叫悬浮性。据实验，不同粒度的煤尘在静止的空气中从1m高处自由降落到底板所需的时间如表3-1-3。,表3-1-3不同粒度的煤尘从lm高处自由降落到底板所需时间,（二）矿尘的成分二氧化硅是地壳内最常见的氧化物，它以两种状态存在一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，其危害性不大；另一种是游离状态的二氧化硅，主要为石英，它是引起人体尘肺病的主要因素。,（三）矿尘的表面积和吸附性矿尘表面积和矿尘的分散度有密切关系，分散度越高，矿尘表面积越大。四）矿尘的形状和硬度矿尘的形状和硬度，在一定程度上也能影响矿尘的稳定程度。（五）矿尘的吸湿性矿尘与空气中的水分结合的现象叫吸湿性或者叫湿润性。（六）矿尘的荷电性尘粒由于在粉碎过程和在空气流动中摩擦而带有电荷，悬浮在空气中的矿尘亦可直接吸附空气中的离子而产生电荷。,矿尘的荷电性对矿尘在空气中的稳定程度有影响。表3-1-4是一次实测所得数据。,表3-1-4井下矿尘的电荷,矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面1污染工作场所，引起职业病。2某些矿尘（如煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸；3加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命；4降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。1．尘肺病的分类煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类1硅肺病（矽肺病）。2煤硅肺病（煤矽肺）。3煤肺病。2．影响尘肺病的发病因素1矿尘的成分。2矿尘粒度及分散度。3矿尘浓度。4个体方面的因素。,四、矿尘灾害的形式,（二）煤尘爆炸1．煤尘爆炸的机理1煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；2当温度达到300～400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1％左右的其他碳氢化合物；3形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；4闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。,2.煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件（1）煤尘的爆炸性。（2）煤尘浓度。（3）引起煤尘爆炸的热源。3.煤尘爆炸的效应（1）爆炸温度。（2）爆炸压力。（3）爆炸速度。（4）冲击波。（5）爆炸生成有害气体4.影响煤尘爆炸的因素（1）煤的成分。①挥发分。②灰分。③水分。（2）煤尘浓度（3）煤尘粒度。（4）矿井的瓦斯浓度。,第二节矿尘治理的基本技术主要内容,一、减尘技术二、降低浮尘三、除尘措施四、隔尘措施,一、减尘技术,减尘是指减少和抑制尘源产尘,从而减少井下空气中煤尘的浓度。减尘一是减少产尘总量和产尘强度；二是减少呼吸性矿尘所占的比例。（一）煤层注水湿润煤体煤层注水所使用的设备主要包括钻机、水泵、分流器及水表等，见图3-2-1。1．钻孔布置方式煤层注水的方式有长钻孔注水、短钻孔注水、深孔注水和巷道钻孔注水等多种方式。如表3-2-1所示。,表3-2-1煤层注水方式的种类,（1）长钻孔。钻孔直径为75～100mm，其布置形式较多，如图3-2-1所示。,（2）短钻孔。其钻孔长度比工作面循环进度稍长，一般取1.5～2m，最大不超过6m。其布置如图3-2-2中a所示。,（3）深孔。如图3-2-2中b。,图3-2-2短孔、深孔注水防尘示意图a短孔；b深孔1回风巷；2运输巷,（4）巷道钻孔。如图3-2-3所示。,图3-2-3巷道钻孔注水,2．封孔封孔方法有两种一种是封孔器封孔，另一种是水泥砂浆封孔。（1）封孔器封孔。（2）水泥砂浆封孔。3．注水（1）注水方法。一是利用矿井地面贮水池，通过井下供水管网实施静压注水；二是利用井下的水泵实施动压注水。a.静压注水,b.动压注水利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水。长钻孔动压注水的适用性强，被很多煤矿采用，其注水系统如图3-2-3所示。,图3-2-4动压注水系统1一注水管；2一水泥砂桨；3一压力表；4一高压胶管；5一阀门；6一分流器；7一单向阀；8一注水表；9一注水泵；10一供水桶,,（2）注水压力。（3）注水速度（注水流量）注水速度是指单位时间内的注水量。为了便于对各钻孔注水流量进行比较，通常以单位时间内每米钻孔的注水量来表示。（4）注水量4.煤层注水效果在实际注水中，常把在预定的湿润范围内煤壁出现均匀“出汗”（渗出水珠）的现象，作为判断煤体是否全面湿润的辅助方法。影响煤层注水效果的因素有如下几个方面（1）煤层注水的效果同煤层的裂隙及孔隙的发育程度有关。（2）煤层的注水效果与煤层的埋藏深度和地压的集中程度有关，埋藏越深，地压越集中的地方，煤层的孔隙被压紧，透水性越差。,（二）采空区灌水采空区灌水时在开采近距离煤层群的上组煤或采用分层法开采厚煤层时（包括急倾斜水平分层），可以利用往采空区灌水的方法，借以润湿下组煤和下分层煤体，防止开采时生成大量的煤尘。灌水方式同黄泥灌浆。（三）湿式作业湿式作业是利用水或其他液体，使之与尘粒相接触而捕集矿尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。,1.湿式凿岩、钻眼该方法的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。2.水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥都是由钻孔注水湿润煤体演变而来的，它是将注水和爆破联结起来，不仅起到消除炮烟和防尘作用，而且还提高了炸药的爆破效果。,（1）水封爆破。水封爆破就是在工作面打好炮眼后，先注入压力不超过4.903106Pa50kg/cm2的高压水，使之沿煤层节理、裂隙渗透，直到煤壁见水为止。然后装入防水炸药，再将注水器插入炮眼进行水封，如图3-2-5所示。,图3-2-5水封爆破1安全链；2雷管脚线；3注水器；4胶圈；5水；6炸药,,（2）水炮泥。水炮泥是用装水塑料袋填于炮眼内代替粘土使用。水炮泥的形式有两种一种是刀把型的人工结扎封口水炮泥；另一种是双层自动封口水炮泥，其形式如图3-2-6a、b所示。,,图3-2-6塑料水炮泥a人工结扎封口；b双层自动封口,二、降低浮尘,它的捕尘作用有①在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，附着性增强，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，在重力作用下下沉；②高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；③将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。原苏联的研究表明，在掘进机上采用低压洒水，降尘率为43％～78％，而采用高压喷雾时达到75％～95％；炮掘工作面来用低压洒水，降尘率为51％，高压喷雾达72％，且对微细矿尘的抑制效果明显。1.对产尘源喷雾洒水（1）掘进机喷雾洒水掘进机喷雾分内喷雾和外喷雾两种。,采煤机的喷雾系统分为内喷雾和外喷雾两种方式。采用内喷雾时如图3-2-7所示。采用外喷雾时如图3-2-8所示。,图3-2-7采煤机内喷雾示意图,图3-2-8采煤机外喷雾示意图,（3）液压支架移架和放煤口放煤喷雾洒水液压支架移架和放煤口放煤是综采放顶煤工作面仅次于采煤机割煤的两个主要产尘源。如图3-2-9所示。,图3-2-9液压支架自动喷雾喷嘴布置示意图,（4）转载点喷雾（5）放炮喷雾,（6）装岩洒水巷道装岩洒水有人工洒水和喷雾器洒水两种方式①人工装岩时，一般采用人工洒水。②装岩机装岩时，在距工作面4～5m的顶帮两侧，悬挂两个喷雾器进行喷雾洒水。,图3-2-10装岩机喷雾洒水1一喷雾器；2一控制阀；3一水量调节阀,（7）其他地点喷雾除上述地点、工艺的喷雾洒水外，在煤仓、溜煤眼及运输过程等产尘环节均应实施喷雾洒水。,2.巷道水幕净化风流水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。如图3-2-11所示一般安设位置为,图3-2-11巷道水幕示意图1-水管；2-喷雾器,①矿井总进风设在距井口20～100m巷道内；②采区进风设在风流分叉口支流内侧20～50m巷道内；③采煤工作面回风设在距工作面回风口10～20m回风巷内；④掘进回风设在距工作面30～50m巷道内；⑤巷道中产尘源净化设在尘源下风侧5～10m巷道内。,三、除尘措施,除尘措施有两种一是通风排尘，二是除尘装置捕集除尘。（一）通风排尘1．一般巷道和工作地点的通风排尘通风排尘技术是稀释和排出作业地点悬浮的矿尘，防止其过量积聚的有效措施。2.掘进巷道通风排尘1）掘进通风系统选择合理的掘进除尘系统，是抽尘净化技术效果好坏的关键因素。掘进除尘系统有长压短抽通风除尘系统和长抽通风除尘系统两种,（1）长压短抽掘进除尘系统,图3-2-12长压短抽通风除尘系统1-掘进机;2-短抽风筒;3-除尘器;4-长压局部通风机;5-长压风筒;lr和lc分别为压入式和抽出式风筒口距工作面的距离；ld压入式风筒口与除尘器重叠段的距离,,,图3-2-13附壁风筒螺旋状出风状态示意图,如图3-2-13所示。,（2）长抽通风除尘系统,图3-2-14长抽通风除尘系统1一掘进机；2一长抽风筒；3一除尘局部通风机（或抽出式局部通风机）,长抽通风除尘系统又可分为以下两种形式A．前抽后压掘进除尘系统，如图3-2-15所示，主要适用于机掘工作面。,图3-2-15前抽后压通风除尘系统1一掘进机；2一长抽风筒；3一除尘局部通风机或抽出式局部通风机；4一压人式局部通风机；5一短压风筒,B．前压后抽掘进除尘系统，如图3-2-16所示，主要适用于炮掘工作面，对锚喷支护巷道效果甚好。,图3-2-16前压后抽通风除尘系统1长抽风筒；2长抽除尘局部通风机或抽出式局部通风机；3压入式局部通风机；4短压风筒,2）除尘对通风工艺的要求1压、抽风筒口相互位置的关系A.长压短抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr≤5SHSH为巷道断面积，压入式风筒口到除尘器排放口的重叠长度2dld≥2SH。B.前抽后压时，压入式风筒口距工作面距离lr与长压短抽时相同，压入式风筒口与抽出式风筒口的重叠段长度一般为10～30m。C.前压后抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr≤5m，抽出式风筒口与压入式局部通风机的重叠段长度ld视巷道内的尘源（如喷浆支护等）情况而定，一般为10～20m。D.抽入口（吸尘口）距工作面的距离lc。,2压、抽风量的匹配A.采用除尘系统。B.采用长抽短压除尘系统。C.抽出风量的确定。3长压局部通风机和长抽除尘局部通风机的安装位置A.长压局部通风机应安装在掘进巷道口进风侧，距巷道口的距离大于10m。B.长抽或长抽短压除尘局部通风机应安装在掘进巷道回风侧，距巷道口的距离大于10m。4抽出式局部通风机与除尘局部通风机串联的要求,（二）除尘装置捕集除尘所谓除尘装置（或除尘器）是指把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装置，又称集尘器或捕尘器。多用于煤岩巷掘进工作面。,,图3-2-17振弦栅结构示意图,根据是否利用水或其他液体，除尘装置可分为湿式和干式两大类。1.湿式除尘装置（1）湿式振弦栅除尘器,（2）涡流控尘与湿式旋流除尘器。,图3-2-18长压短抽混合式局部通风控尘与除尘系统①除尘系统；2涡流控尘风筒；3压入式局部通风机,图3-2-19湿式旋流除尘系统1旋流器；2导向器；3一级脱水器；4水箱；5污水泵；6二级脱水器；7抽出式局部通风机,2.干式除尘器干式除尘是把局部产尘点首先密闭起来，防止矿尘飞扬扩散，然后再将矿尘抽到集尘器内，集尘器将含尘空气中的粗尘阻留，使空气净化的技术措施。干式中心抽尘凿岩机工作原理和抽尘系统如图3-2-20所示。,图3-2-20中心抽尘千式凿岩机工作系统图1一千式捕尘器；2一引射器；3一捕尘器压风管；4一输尘软管；5一凿岩机压风管；6一气动支架；7一凿岩机；8一钎头,,除尘器的结构如图3-2-21所示。,图3-2-21KLM-60型矿用袋式除尘器结构示意图1一排气管；2一排灰系统；3一脉冲清灰系统；4一滤袋组；5一气包；6一预选箱；7一进气口,四、隔尘措施,隔离矿尘是指通过佩戴各种防护面具的个体防护措施以减少吸入人体矿尘的最后一道措施。,1．防尘口罩矿井要求所有接触矿尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野。,2．防尘安全帽（头盔）,,图3-2-22AFM-l型防尘送风头盔1轴流风机；2主过滤器；3头盔；4面罩；5预过滤器,3.隔绝式压风呼吸防尘装置隔绝式压风呼吸防尘装置是利用矿井压缩空气通过离心脱去油雾、活性炭吸附等净化过程，经减压阀减压同时向多人均衡配气供呼吸。,第三节防治煤尘爆炸的技术主要内容,一、消除落尘二、撒布岩粉三、设置隔爆装置,一、消除落尘,规程规定“每一矿井，矿长必须组织人员按计划对井巷定期清扫、冲洗煤尘和刷浆。”从而保证即使沉积的煤尘再度飞扬起来也达不到煤尘爆炸的下限浓度，避免煤尘爆炸事故的发生。,二、撒布岩粉,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。惰性岩粉一般为石灰岩粉和泥岩粉。对惰性岩粉的要求是①可燃物含量不超过5，游离SiO2含量不超过10；②不含有害有毒物质，吸湿性差；③粒度应全部通过50号筛孔（即粒径全部小于0.3mm），且其中至少有70％能通过200号筛孔（即粒径小于0.075mm）。,三、设置隔爆装置,隔爆装置隔爆原理是在瓦斯煤尘爆炸时隔爆装置将会动作（水槽、岩粉槽破碎，水袋脱钩），并抛撒消焰剂形成抑制带，扑灭滞后于冲击波传播的爆炸火焰，以阻止爆炸传播。隔爆装置根据其动作方式的不同可分为被动式隔爆装置和自动抑爆装置。,（一）被动式隔爆装置1．水棚水棚包括水槽棚和水袋棚两种，设置应符合以下基本要求①主要隔爆棚组应采用水槽棚，水袋棚只能作为辅助隔爆棚组；,②水棚组应设置在巷道的直线段内。其用水量按巷道断面计算，主要隔爆棚组的用水量不小于400L/m2，辅助水棚组不小于200L/m2；③相邻水棚组中心距为0.5～1.0m，主要水棚组总长度不小于30m，辅助水棚组不小于20m；④首列水棚组距工作面的距离，必须保持在60～200m范围内；⑤水槽或水袋距顶板、两帮距离不小于0.lm，其底部距轨面不小于1.8m；⑥水内如混入煤尘量超过5％时，应立即换水。,（1）PGS型隔爆水槽棚（2）KYG型快速移动式隔爆棚,如图3-3-1所示。,图3-3-1KYG型快速移动式隔爆棚（l架）结构示意图（巷道纵向视图）1一单轨吊环；2一单轨；3一移动装里；4一支撑杆，5一水槽架，6一水槽；7一钢丝绳,（3）XGS型隔爆棚（容器）如图3-3-2所示。,图3-3-2XGS型隔爆容器吊挂示意图1一夹持器；2一倒”T”字架；3一隔爆容器,其特点是安装适应性强，能利用倒“T”字架配合不同的夹持器在不同支护方式、不同形状的巷道中点式或线式安装（见图3-3-3、图3-3-4）。,,图3-3-3线式安装示意图l一支撑杆；2一夹持器；3一倒“T”宇架；4一隔爆容器,图3-3-4点式安装示意图1一锚杆；2一夹持器；3一隔爆器,2．岩粉棚岩粉棚分轻型和重型两类。,图3-3-5岩粉棚,岩粉棚的设置应遵守以下规定①按巷道断面积计算，主要岩粉棚的岩粉量不得少于400kg/m2，辅助岩粉棚不得少于200kg/m2；②轻型岩粉棚的排间距1.0～2.0m,重型为1.2～3.0m；③岩粉棚的平台与侧帮立柱（或侧帮）的空隙不小于50mm，岩粉表面与顶梁（顶板）的空隙不小于100mm，岩粉板距轨面不小于1.8m；④岩粉棚距可能发生煤尘（瓦斯）爆炸的地点不得小于60m，也不得大于30Om；⑤岩粉板与台板及支撑板之间，严禁用钉固定，以利于煤尘爆炸时岩粉板有效地翻落；⑥岩粉棚上的岩粉每月至少检查和分析一次，当岩粉受潮变硬或可燃物含量超过20时，应立即更换，岩粉量减少时应立即补充。,二自动隔爆装置自动抑爆装置是利用传感器探测爆炸信号，触发自带的动力源喷洒消焰剂，形成抑制带。自动抑爆装置主要由传感器、控制仪、喷洒器组成。下面介绍2种新型的自动隔爆装置,1.ZYB-S型自动产气式抑爆装置,图3-3-6ZYB-S型自动产气式抑爆装置的抑爆原理示意图1一火焰阵面；2一火焰传感器；3一控制单元；4一喷洒器,2．YBW-I型无电源触发式抑爆装置,图3-3-7YBW-l型无电源触发式抑爆装置组成框图,图3-3-9WDY喷洒器在巷道中安装结构示意图1一锚杆；2一工字钢；3一连接器；4一滚轮；5一喷洒器,图3-3-8WDY喷洒器结构示意图1一墙盖；2一外壳；3一储水泡沫；4一接线盒；5一导爆索,其安装结构如图3-3-9所示。,第四节煤尘爆炸事故的处理主要内容,一、煤尘爆炸事故的处理方法二、煤尘爆炸的特征,注意（1）灾害发生时首先切断灾区（甚至灾区周围的区域）的电源，而且停电操作应在灾区以外的地点进行，以免引起再次爆炸；（2）对灾区进行侦察过程中，发现火源立即扑灭，防止二次爆炸。（3）救灾过程中要注意寻找煤尘爆炸的痕迹和判断起爆源；（4）煤尘连续爆炸的可能性很大，思想上和物资上应有准备，以免措手不及，避免出现难以控制的局面。,一、煤尘爆炸事故的处理方法,二、煤尘爆炸的特征,通常，煤尘爆炸具有以下特征（1）在巷道壁和支架上留有粘焦（皮渣与粘块）。,图3-4-1粘焦,,①当煤尘爆炸速度较小时，火焰和冲击波以较慢的速度传播，皮渣和粘块在支柱的两侧，爆炸传来的方向堆积较密；②当爆炸速度很大时，皮渣和粘块在支柱的迎风侧；③当爆炸速度极大时，皮渣和粘块在支柱的背风侧，而在迎风侧有火烧痕迹。,（2）煤尘的成分发生变化。（3）煤尘爆炸时气体的碳氢比（C/H），明显高于瓦斯（甲烷）爆炸。（4）灾区空气中CO浓度很高。（5）煤尘爆炸具有连续性。（6）连续爆炸时，离开爆源越远其破坏力越大。,复习题,1．什么是矿尘有哪些危害2．常见的矿尘分类方法有哪些分别是如何分类的3．矿尘含量的计量指标有哪些其定义分别是什么4．矿尘的危害性主要表现在哪几个方面5.矿山尘肺病分为哪几类影响尘肺病的发病因素有哪些6．煤尘爆炸的条件是什么影响煤尘爆炸的因素有哪些7．常见的减尘措施有哪些影响煤层注水效果的因素有哪几个方面8．洒水降尘的作用是什么9．何谓最低及最优排尘风速掘进工作面通风除尘对通风工艺的要求有哪些10.常见的湿式除尘装置有哪些隔尘措施有哪些,,11．撒布岩粉抑制煤尘爆炸时对惰性岩粉的要求是什么12．设置水棚应符合哪些基本要求13．设置岩粉棚应符合哪些基本要求14．岩粉棚和水棚的限爆作用原理是什么15．自动抑爆装置主要由哪几部分组成常见的自动抑爆装置有哪几种16．煤尘爆炸的特征有哪些17．封闭火区内火灾熄灭的标志有哪些18．火区启封的方法有哪些,问题思考,,1．为什么采空区遗煤自燃与否主要取决于工作面的推进速度和自燃带最大宽度LlL22．封闭采区内的火区时，是否会造成邻近采空区内瓦斯被大量吸出引起爆炸3．煤尘爆炸与瓦斯爆炸有何异同,