综放工作面防尘技术研究与分析摘 要：系统介绍了综放工作面防尘的技术现状，防尘研究的发展方向和趋势，阐述了目前国内主要的综放工作面防尘措施及其应用和效果；关键词：综放工作面；煤尘；防尘技术；效果；喷雾；采煤机；英文摘要：Sublevel Mechanized Caving method shows the characteristics of high out-put,more dust sources,high dust concentration and difficult to control. a brief introduction to the general route and protocol for dust control is given, which has been applied and verified in tens coal mines with success.Key words: Sublevel Mechanized Caving Face ; coal dust ; dust control ; coal mining machine ; result.一、 研究现状与意义放顶煤采煤法由来已久：法国、前苏联、南斯拉夫等国家于 20 世纪 40 年代末 50年代初即开始应用放顶煤采煤法，综放开采曾一度成为东欧地区厚煤层开采的主要方法，80 年代中后期，国外放顶煤开采有所萎缩；我国 50 年代初曾在开滦、大同、峰峰和鹤壁等矿区采用放顶煤采煤法，在 1982 年引进了综采放顶煤技术，并于 1984 年在沈阳蒲河矿开始工业性实验。由于这种采煤法具有掘进率低、效率高、适应性强及易于实现高产等明显优势，十多年来，在我过得到了迅速发展。80 年代末 90 年代初，我国综采放顶煤技术已走在世界前列，并已向国外输出综放开采的成套技术。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。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，采煤机、液压支架喷雾系统布置形式和喷雾参数不太合理。综放工作面防尘技术研究与分析二、研究的内容及分析1问题的提出综采放顶煤目前已成为厚煤层开采的一种主要采煤方法。19% 年全国综采面平均年产量超过 70 万吨，2000 年充州东滩矿综放工作面年产达到 512 万吨，标志着这项新技术达到了国际领先水平3-41。综放采煤技术的高产高效是与其他采煤方法相比所具有的最大优势，但其产尘量大的缺点对煤矿安全管理和职工的身体健康造成重大压力，对于一些技术落后的矿井来说形势尤其严峻，因此论题就防尘技术及其应用做深一步的探讨和研究。2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 10um，在静止的空气中呈加速下降 )、显微粉尘(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 0.1 um ，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 um 以下;2-5 um; 5-10 um; 10 um 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( kg/m3)和计数法 (ti/cm3)两种表示方法，一般多用重量法表示。含尘量的计算指标：矿尘浓度、产尘强度（指生产过程中，采落煤中所含的粉尘量，常用单位为g/t） 、相对产尘强度（指每采掘 1 t 或 1m3 矿岩所产生的矿尘量，常用单位为 mg/t 或mg/m3） )矿尘沉积量（指单位时间在巷道单位面积上所沉积的矿尘量，单位为 g/m2d）等指标。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施进行凿岩时，工作面的含尘量可达 800- 1400mg/m3，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。在工作面，机械化程度愈高产尘的煤尘量愈大。3粉尘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：31 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。32 煤尘具有爆炸性：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。1906 年，法国古利耶尔无瓦斯煤矿发生特大煤尘爆炸，死亡 1099 人;1917 年，抚顺大山坑煤矿发生特大瓦斯煤尘爆炸，死亡 917 人;1942 年，本溪湖煤矿发生特大瓦斯煤尘爆炸，死亡1594 人;1960 年，大同老白洞煤矿发生特大煤尘爆炸，死亡 684 人。近 45 年来瓦斯煤尘爆炸事故仍时有发生。33 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。34 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，工作面煤尘浓度高达 4000-8000mg/m3，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。4防尘技术研究多年来，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，司机及下风侧l0m 处人行道的瞬时原始总粉尘浓度曾达到 2000-4000mg/m3，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，研究开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，综放工作面防尘技术研究与分析具有重要的现实意义。按照国内综放面粉尘防治技术机理的不同，大体可将综放面防尘技术措施分为减尘、降尘、排尘、除尘和个体防护（阻尘）措施 5 类：(1) 减尘措施： a 煤层注水；b 采空区及巷道灌水； c 选择适宜的放煤方法和 放煤参数，改进放煤工艺；d 改进采煤机切割机构及选择合理截割参数。(2) 降尘措施：a 采煤机内外喷雾； b 架间及放煤口自动喷雾；c 运输设备转载点及装载点喷雾洒水；d 防尘用水中添加湿润剂；e 喷雾泡沫降尘；f 喷雾水幕净化风流。(3) 排尘措施：a 综放面采用 W 型、E 型通风系统或 U 型顺流（下行）通风系统，选择最佳排尘风速；b 隔尘措施，例如采煤机安设纵向隔尘帘幕、回风巷切口风帘、破碎机密封罩等。(4) 除尘措施：包括干式捕尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器等。(5) 个体防护：如工人戴防尘口罩、防尘面罩、防尘矿帽等。现将几个重要的防尘措施加以探讨：41 综放工作面煤层注水煤层注水是国内外公认的减少粉尘产生的较好技术措施，尤其是对综采放顶煤工作面，还具有软化煤体（f3 的硬煤） ，减少跨落煤中的大块，提高煤炭回收率的作用。但是，将一般在普通综采面应用的煤层注水技术，应用在综采放顶煤的厚煤层中，则达不到湿润顶煤的作用，因此，对注水工艺必须作适当的改进；再者，对孔隙率较低的难注水煤层，在工作面原始应力带注水，水难以注入煤体，不容易达到理想要求，必须对注水工艺进行改进。 （图 1）为了使综放面厚煤层中顶层煤炭得到较好的湿润，采用了双向扇形铝孔布置（工业性试验中利用了原顶部煤中所掘的巷道)和三巷钻孔长钻孔静压注水的方式。由于在试验工作面上煤的自然孔隙率仅为 2.76， 透水性系数仅为 0.01536，属难注水煤层， 在原始应力区注水是难以取得较理想的注水效果的。因此，决定在工作面的动压区利用矿山压力所致的次生裂隙进行煤层注水。根据试验工作面矿山压力观测及顶板位移规律资料的分析，回风巷在靠工作面一端 60m 左右范围内，进风巷靠工作面 35m 左右范围内，受矿压及顶板位移影响，煤层中存在较发育的次生裂隙，煤层的渗透性大大提高，并可降低注水压力。决定注水区域在距工作面(3540)m 开始注水，距工作面(56)m 停止注水，注水时间约 8 天。注水系统主要由注水流量表、分流器、高压阀门、注水管、封孔器等组成。注水中有关注水的一些参数分别由以下公式确定。单孔注水量由（1）式确定 （1）KLBhQ式中，Q单孔注水量，m3；K注水系数，取 K1.1；L钻孔长度，m ；B钻孔间距，m；h钻孔范围内应湿润的煤层厚度， m；煤的密度，t/m3 ； 吨煤注水量，m3/t，取 0.025m3/t 。通过计算，回风巷上孔注水量 Qs127m3，每个下孔注水量 Qx104m3， 进风巷每个钻孔注水量 Qj166m3 。注水压力 按（2）式确定 （2）Pfzw75.0)5.12(式中，Pz煤层注水压力，MPa；Pw煤层瓦斯压力，MPa ；Pf上覆岩层压力及煤层剪切强度之和，MPa。试验矿井鲍店煤矿防尘用水静压在 (3.04.0)MPa 之间，能满足上述要求。注水时间按（3）式进行计算（3） idDT/)(式中，T总注水时间，d；D开始注水时钻孔距工作面距离，35m ；d结束注水时钻孔距工作面距离，5m；i工作面日推进度，按设计，取 i3.6m/d。通过计算，T8.3d 。单孔注水流量按（4）式计算:（4） TQq140式中，q单孔注水流量，l/min。通过计算，回风巷上孔 qs11l/min，下孔qx9l/min ，进风巷钻孔 qj14l/min。工作面注水后煤的实际水份增量达到了 (1.41.8) ，注水增量一般大于 1即有较好的防尘效果。煤层注水的降尘及软化顶煤的效果是显著的。若实施得好，可以使总粉尘少产生85%以上，而呼吸性粉尘就少产生 40%60%。对于以上提到的其他功能效果亦较显著。综放工作面防尘技术研究与分析42 采煤机径向雾屏及液压支架探梁辅助喷雾降尘采煤机割煤过程是综放工作面的主要产尘尘源，约占综采放顶煤工作面产生总粉尘的 60。采煤机处于综放工作面主风流中，采煤机滚筒割煤产生的粉尘极易随风流向人行道方向扩散，污染作业环境。为此，在滚筒摇臂靠人行道一侧设一组构成一弧形的喷嘴组，当喷雾时，在