第六章:七节采矿工程案例.ppt
采矿工程案例,中国矿业大学汪理全教授,第七节采煤工作面粉尘危害的防范,在煤炭生产过程中,伴随煤和岩石破碎而产生的煤、岩石及其他物质的微粒统称为煤矿粉尘,简称粉尘,粉尘主要的危害是引起矿工尘肺和发生煤尘爆炸。几十年来,各国煤矿积累了丰富的防尘经验。综观各国煤矿防尘技术,大体上可以分为排尘、减尘、降尘、除尘和个体防护五类。这些防尘技术的综合运用,有效地保障了煤矿工人的身体健康和企业生产的安全。,一、采空区灌水防尘采空区灌水防尘,是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中,将水灌人上一分层的采空区内,水在重力及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢渗入下一分层的煤体中,使煤体得到预先湿润,不仅可以减少采煤时浮游煤尘的产生量,而且可以使假顶上方的碎碴得到湿润和黏结,使工作面的掉碴和落尘量大为减少。,因此,采空区灌水的防尘效果普遍较好,其降尘率一般为75%~90%。同时,采空区灌水后,由于能形成不同程度的再生顶板,故能减少工作面的冒顶次数,提高采煤效率,降低坑木消耗,减少金属支柱的丢失量。1.回风平巷向采空区灌水在倾斜分层的上分层采煤工作面的回风平巷内铺设灌水用水管,每段水管上都安有扁口形灌水短管,水从短管喷出,向采空区灌水。,射向采空区的出水口与工作面的距离,以不让水流到工作面而又便于管理为原则,依据底板的走向坡度及水在采空区内流散情况而定,可保持在l0m~30m之间。每隔一段时间卸掉一段水管。灌水流量取决于煤层倾角、煤的透水性及采空区的状况,应通过试验确定。与其他灌水方法相比,该灌水方法的灌水流量较大,有的高达7m3/h。,每天灌水7个多小时,每段灌水20d左右,运输平巷见水后停止灌水。在一般情况下,一次灌水即可满足煤体湿润的基本要求;如果煤体湿润程度未达到要求,应在停止灌水几天以后再重复灌一次水,并降低灌水流量。2.急倾斜厚煤层水平分层开采时的采空区灌水,在水平分层上分层的回采过程中,在准备班用水管向采空区放顶线外侧灌水,水沿煤层裂隙渗透到下分层的煤体内。单位面积灌水量可控制在0.3m3/m2-0.5m3/m2的范围内。每次灌水时间约为1h2h,或更长一些。可根据总灌水量和灌水时间算出灌水流量并加以控制。灌水后,水渗入到下一分层煤体的深度,应为0.7m~1.2m。,3.缓倾斜厚煤层超前钻孔向采空区灌水在倾斜分层的下一分层工作面的回风巷道中,距超前工作面适当距离,采用湿式煤电钻及麻花钻杆以及湿式钻头向上分层采空区打水平钻孔,钻透假顶为止。钻孔直径一般取50mm~73mm。钻孔长度随煤层倾角及钻孔方向而不同,一般为2m~5m,有的长达20m。钻孔间距的确定应以钻孔灌水后煤体的湿润范围为依据,与煤层倾角、水在采空区内的分布及煤的透水性有关,一般为3m~5m。,用水泥砂浆把灌水管(或打孔的钻杆)封在孔内,封孔深度为0.2m~0.5m。一般都采用静压双孔或多孔同时灌水的方法进行灌水。每孔的灌水流量应根据具体条件而定煤层倾角较小、采空区冒落的岩块压实程度较高及煤层透水性强时,灌水流量可大一些;反之应小一些。尽可能采用较小流量灌水,以不超过lm3/h为宜。从钻孔开始灌水到运输巷道见到淋水的时间,一般是3d~10d,见水后停止灌水。待淋水停止后,再进行第二次灌水,必要时进行第三次灌水。灌水超前于回采的时间控制在1~2个月较为合适。,二、煤尘注水防尘采煤工作面煤层常用注水方式有长钻孔注水、短钻孑L注水、深孔注水、巷道钻孔注水。其效果表现为采煤时空气含尘量的降低,各种注水方式的降尘率为短钻孔注水为40%-90%;深孔注水为90%左右;长钻孔注水为60%90%。与此同时,煤层注水后还能取得以下各种效果有可能抑制瓦斯涌出,降低工作面和回风流中的瓦斯浓度;水中加人适量的碳酸钠,能抑制硫化氢的涌出;,能降低工作面的气温10C30C;能降低煤的硬度,容易开采,提高生产效率;可降低炸药、雷管或截齿的消耗,降低采煤机的采煤功率;能缓和冲击地压;煤层受到充分湿润时,有可能预防煤与瓦斯突出。,1.长钻孔注水长钻孔注水具有湿润煤体均匀、湿润范围大、对生产干扰较小等特点。在煤层厚度大于1.3m、没有或只有较小的走向断层、煤层埋藏稳定、倾角变化小、煤的孔隙率大于4%时,应伏先考虑采用此注水方式。,2.短钻孔注水短钻孔注水具有对地质条件及围岩性质等适应强的优点。在煤层厚度小于1.3m或围岩有严重吸水膨胀性质,或地质情况复杂、煤层倾角变化较大,或煤的孔隙率小于4%,透水性极弱时,应考虑采用该注水方式。,3.深孔注水深孔注水具有短钻孔注水方式所具有的很多优点,而且钻孔数量少,湿润范围大,水能均匀渗透到孔隙中去,有利于降低呼吸性煤尘,但注水压力较高。在采煤循环中,如果能安排出注水时间和具备注水条件时,可采用该注水方式。但煤的孔隙率小于4%时不要采用该注水方式。,4.巷道钻孔注水巷道钻孔注水具有钻孔数量少,对生产干扰很小的优点,但大部分是打岩石钻孔,费用较高。在有巷道或抽放瓦斯钻孔可利用的情况下,而且煤层较厚时,可采用该注水方式。巷道钻孔注水是当上邻近煤层采完之后,利用上邻近煤层中保留的巷道,在该巷道中向下部煤层打钻孔进行注水,或在煤层底板巷道向注水煤层打钻孔进行注水。巷道钻孔注水都是预先注水湿润煤体,采用适当的注水流量和长时间注水的方法进行注水,可取得良好的湿润效果。,三、机采工作面防尘机采工作面有三个主要尘源采煤机割煤时产生的大量煤尘;自移式液压支架的降柱、移架、放顶及采空区岩石移动产生的粉尘;运煤过程中产生的煤尘。为了减少机采工作面的粉尘产生量,降低浮游粉尘浓度,除了必须采用煤层注水或采空区灌水预先湿润煤体措施外,还应当采取以下防尘措施,1.对采煤机的截割机构选择合理的结构参数及工作参数。(1)截割机构的结构参数选择。①截齿类型及尺寸。对裂隙发育的脆性煤,镐形齿比刀形齿产尘少;对裂隙不发育的硬煤,刀形齿比镐形齿产尘少。为减少粉尘产生量,应采用窄截齿,其宽度应减小到只满足强度要求的必要值。,②截齿数量。在可能情况下,减少齿数,增大齿距,可减少产尘量。滚筒的截齿数由70个减少到45个时,粉尘产生量减少25%~30%。③截齿安装方向。按截齿安装方向分为径向和切向两种。螺旋滚筒的新式结构采用切向安装。当采用切向梭标型截齿时,可显著降低产尘量。(2)截割机构的工作参数选择。,牵引速度、截割速度(或滚筒转速)及截齿的截割厚度(或截割深度)是采煤机的主要工作参数。采用合理的工作参数可以大幅度降低产尘量。加大采煤机的牵引速度,同时降低滚筒转速(或截割速度),或者同时增加截割深度,可选出单位产尘量最低的最佳匹配值。加大截齿的截割厚度,同时降低截齿速度,可以取得产尘强度最低的效果。,2.采煤机割煤时进行喷雾降尘。3.自移式液压支架,降、移架时进行喷雾降尘。4.采用合理的通风技术及最佳排尘风速。5.对煤炭输送、转载及破碎机破煤等生产环节,采取喷雾等防尘措施。,四、煤尘爆炸事故的防范,防范煤尘爆炸事故,减少工作面与巷道中的浮尘和落尘以及防范点火源的出现至关重要。1.煤尘沉积和飞扬的防范防范煤尘爆炸的关键是减少工作面与巷道中的浮尘和落尘。巷道中,若有1mm厚的积尘飞扬在空气中就可以达到爆炸界限,因此,清除沉积在回风巷道及运输路线上的积尘十分必要。主要措施有,(1)煤层注水。煤层注水就是利用钻孔将压力水注人即将回采的煤层中,增加煤体内部的水分,从而可以预先湿润煤体,减少开采时产生的浮尘,降尘率可达60%~90%。注水钻孔一般平行于工作面,孔深为工作面长度的1/2~1/3,孔间距为l0m~20m,使用液压钻机打孔,水泥砂浆封孔。当地质条件变化较大,煤层的渗透性较差时,可采用短孔注水,钻孔垂直于采煤工作面。在缓倾斜厚煤层分层开采时,从下分层风巷向上分层采空区打孔注水,可降低70%~85%的煤尘,从而减少煤尘的产生。,(2)湿式打眼。在工作面使用电钻或风钻打眼时,将压力水经过杆中央的水孔送到炮眼底部,将煤粉湿润后从炮眼中冲洗出来,从而达到降尘的目的。(3)水炮泥。采掘工作面放炮时,炮眼中必需装填特制的装满水的水炮泥,放炮后,因水受高温雾化而起到降尘、降温、净化空气等的综合作用,降尘率可达80%,减少炮烟70%。,(4)通风除尘。通风除尘即给工作空间供给足够的风量,用清洁的风流不断稀释和排出空气中的煤尘,以保证作业环境的清洁。通风除尘的效果随风速的增加而增大,一般掘进工作面的最优风速为0.4m/s~0.7m/s,机械化工作面为1.5m/s~2.5m/s。对于产尘量较大的掘进工作面,可以结合长抽短压或长压短抽的通风方式,使用捕尘器来净化流出工作面的风流,这对采掘工作面是非常有效的防尘措施。,(5)喷雾洒水。喷雾洒水是将压力水通过特制的喷嘴喷出,使水流雾化成细小的水滴散布在空气中,与飘浮的尘粒碰撞,便其湿润下沉,防止飞扬。喷雾洒水简单方便,广泛应用于采掘机械切割、工作面爆破、煤炭装载及运输转载过程中。在巷道周壁间隔安装3~5个喷雾器,使整个断面都布满水雾,从而使经过该断面的风流被除尘净化,这种方法称为水幕净化。在煤尘较大的采掘工作面,一般可设置2~4道水幕,除尘率接近100%。,(6)冲洗煤尘。沿容易沉积煤尘的工作面、回风巷道等,由外向里逐步冲洗巷道两帮、顶部、底部直到整个工作面,使煤尘充分湿润,无法扬起。该方法适应性强,操作简单,可广泛应用于各类煤矿,效果较好,一方面清洁了巷道,另一方面将沉积在巷道各处的粉尘冲洗下来,可以集中排出,从而彻底清除引起煤尘爆炸的物质基础。2.防范点火源的出现,预防煤尘爆炸必须防止点燃火源的出现,严禁一切非生产火源,严格管理和限制生产中可能出现的火源、热源。(1)加强管理,提高防火意识。严禁携带烟草、点火物品和穿化纤衣服人井,井下严禁使用灯泡取暖和电炉,不得从事电焊、气焊和喷灯焊等工作;井口房、通风机房周围20m内禁止有明火;矿灯发放前应保证完好,在井下使用时严禁敲打、撞击,发生故障严禁拆开。新工人入井前,必须进行防火防爆的安全教育,提高他们的安全意识。,(2)防范放炮火源。在有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤层中,采掘面爆破都必须使用取得产品许可证的雷管和炸药,使用合格的放炮器放炮,禁止使用闸刀开关等明电放炮。井下放炮工作必需由专职的放炮员担任,放炮前必须充填好炮泥,严禁放明炮、糊炮、连环炮。,(3)防范电气火源和静电火源。井下电气设备的选用应符合煤矿安全规程的要求,井下严禁带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。井下防爆电器在人井前需由专门的防爆设备检查员进行安全检查,合格后方可入井。井下供电应做到无“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头,有过电流和漏电保护,有接地装置;应坚持使用检漏继电器,坚持使用煤电钻综合保护,坚持使用局部通风机风电闭锁。,为防止静电火花,井下使用的高分子材料如塑料、橡胶、树脂制品,其表面电阻应低于其安全限定值。如洒水、排水用塑料管外壁表面电阻应当小于1109Ω等。消除井下杂散电流产生的火源首先应普查井下杂散电流的分布,针对产生的原因采取有效措施,防治杂散电流。,(4)防范摩擦和撞击点火。随着井下机械化程度的日益提高,机械摩擦、冲击引燃瓦斯的危险性也相应增加,防治的主要措施有在摩擦发热的装置上安设过热保护装置和温度检测报警断电装置;在摩擦部件金属表面,附着活性低的金属,使其形成的摩擦火花难以引燃瓦斯,或在合金表面涂苯乙烯醇酸,以防止摩擦火花的产生;工作面遇坚硬夹石或硫化铁夹层时,不能强行截割,应放炮处理;应定期检查截齿和其后的喷水装置,保证其工作正常。另外必须加强瓦斯的检查和监测。,五、国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定,煤矿有下列重大安全生产隐患和行为的,应当立即停止生产,排除隐患(一)超能力、超强度或者超定员组织生产的;(二)瓦斯超限作业的;(三)煤与瓦斯突出矿井,未依照规定实施防突出措施的;,(四)高瓦斯矿井未建立瓦斯抽放系统和监控系统,或者瓦斯监控系统不能正常运行的;(五)通风系统不完善、不可靠的;(六)有严重水患,未采取有效措施的;(七)超层越界开采的;(八)有冲击地压危险,未采取有效措施的;,(九)自然发火严重,未采取有效措施的;(十)使用明令禁止使用或者淘汰的设备、工艺的;(十一)年产6万吨以上的煤矿没有双回路供电系统的;(十二)新建煤矿边建设边生产,煤矿改扩建期间,在改扩建的区域生产,或者在其他区域的生产超出安全设计规定的范围和规模的;,(十三)煤矿实行整体承包生产经营后,未重新取得安全生产许可证和煤炭生产许可证,从事生产的,或者承包方再次转包的,以及煤矿将井下采掘工作面和井巷维修作业进行劳务承包的;(十四)煤矿改制期间,未明确安全生产责任人和安全管理机构的,或者在完成改制后,未重新取得或者变更采矿许可证、安全生产许可证、煤炭生产许可证和营业执照的;(十五)有其他重大安全生产隐患的。,