【采矿课件】第三章矿尘防治eiy.docx
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1、(单元教教案首页页)单元标题题:第三章章 矿矿尘防治治教学时数数:( 8 )学学时,其其中理论论( 88 )学学时教学目的的与要求求:使学生掌掌握矿尘尘灾防治治基本概概念和理理论、矿矿尘治理理的基本本技术、防防治煤尘尘爆炸的的技术、煤煤尘爆炸炸事故的的处理。主要教学学内容:第一节基基本概念念和理论论概述(22学时)第二节矿矿尘治理理的基本本技术(22学时)第三节防防治煤尘尘爆炸的的技术(22学时)第四节煤煤尘爆炸炸事故的的处理(22学时)教学重点点与难点点:重点掌握握矿尘分分类、矿矿尘含量量的计量量指标、矿矿尘的特特性、矿矿尘灾害害的形式式、减尘尘技术、降降低浮尘尘、除尘尘措施、隔隔尘措施施等
2、矿尘尘治理的的基本技技术;消消除落尘尘、撒布布岩粉、设设置隔爆爆装置等等防治煤煤尘爆炸炸的技术术;煤尘尘爆炸事事故的处处理方法法;难点点是防治治煤尘爆爆炸的技技术措施施。课后作业业:复习题课后体会会:第三章矿矿尘防治治矿尘是悬悬浮在矿矿井空气气中的固固体矿物物微粒,对对矿井的的安全生生产有着着严重的的影响。世世界各国国在煤矿矿开采历历史上所所受到的的煤尘危危害是惨惨痛的。本章在介绍矿尘基本概念和理论的基础上,重点介绍矿尘治理的基本技术、防治煤尘爆炸的技术和煤尘爆炸事故的处理方法。第一节 基本概念念和理论论概述矿尘是指指在矿山山生产和和建设过过程中所所产生的的各种煤煤、岩微微粒的总总称。在在某些
3、综综采工作作面割煤煤时,工工作面煤煤尘浓度度高达44000080000 mg/m3,有的的甚至更更高。一、矿尘尘分类1按矿矿尘的存存在状态态划分(1)浮浮游矿尘尘。悬浮浮于矿内内空气中中的矿尘尘,简称称浮尘。(2)沉沉积矿尘尘。从矿矿内空气气中沉降降下来的的矿尘,简简称落尘尘。表2-11-1 落尘尘变成浮浮尘风流流的变化化与矿尘尘粒度的的关系煤尘粒度度m7511053577510335吹扬风速速ms-16.35.2993.4882按矿矿尘的粒粒径组成成范围划划分(1)全全尘(总总矿尘)。各各种粒径径的矿尘尘之和。对对于煤尘尘,常指指粒径为为1 mmm 以以下的尘尘粒。(2)呼呼吸性矿矿尘。主主
4、要指粒粒径在55m 以以下的微微细尘粒粒,它能能通过人人体上呼呼吸道进进入肺区区,是导导致尘肺肺病的病病因,对对人体危危害甚大大。二、矿尘尘含量的的计量指指标1矿尘尘浓度(1)质质量法。每每立方米米空气中中所含浮浮尘的毫毫克数,单单位为mmg/mm3。(2)计计数法。每每立方厘厘米空气气中所含含浮尘的的颗粒数数,单位位为粒cm33。2产尘尘强度指生产过过程中产产生的矿矿尘量。常用相对对产尘强强度即每每采掘11t 或或1 mm3 矿岩岩所产生生的矿尘尘量来表表示,单单位为mmg/tt或mgg/m33 。3矿尘尘沉积量量指单位时时间在巷巷道表面面单位面面积上所所沉积的的矿尘量量,单位位为g/m2d
5、 。这这一指标标用来表表示巷道道中沉积积矿尘的的强度,是是确定岩岩粉撒布布周期的的重要依依据。5矿尘尘的分散散度矿尘的分分散度是是指矿尘尘的整体体组成中中各种粒粒度的尘尘粒所占占的百分分比。分分散度有有两种表表示方法法。1)重量量百分比比。用各各种粒级级尘粒的的重量占占总重量量的百分分数来表表示,叫叫做重量量分散度度。2)数量量百分比比。用各各种粒级级尘粒的的颗粒数数占总颗颗粒数的的百分数数来表示示,叫做做数量分分散度。三、矿尘尘的特性性(一)矿矿尘的悬悬浮性分散度高高的尘粒粒可以较较长时间间在空气气中悬浮浮,不易易降落,这这是微细细矿尘的的一种物物理特性性,叫悬悬浮性。据实验,不同粒度的煤尘
6、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 。煤尘粒度度m1001010.50.2降落时间间2.6 s4.4 minn7 h22 hh92 hh表3-11-3 不不同粒度度的煤尘尘从lmm 高处处自由降降落到底底板所需需时间(二)矿矿尘的成成分煤矿岩巷巷掘进,特特别是在在砂岩中中掘进时时,产生生的矿尘尘中游离离二氧化化硅含量量都比较较高,一一般为220550;煤尘中中游离二二氧化硅硅含量一一般不超超过5;锚喷喷支护时时,水泥泥矿尘中中的二氧氧化硅主主要为结结合状态态,危害害性不大大,但长长期吸入入水泥矿矿尘,能能引起水水泥尘肺肺、肺气气肿等。(三)矿矿尘的吸吸湿性矿尘与空
7、空气中的的水分结结合的现现象叫吸吸湿性或或者叫湿湿润性。各各种矿尘尘可根据据它与水水分结合合的程度度分为亲亲水性和和疏水性性两类。(四)矿矿尘的荷荷电性尘粒由于于在粉碎碎过程和和在空气气流动中中摩擦而而带有电电荷,悬悬浮在空空气中的的矿尘亦亦可直接接吸附空空气中的的离子而而产生电电荷(五)矿矿尘的光光学特性性矿尘的光光学特性性包括矿矿尘对光光的反射射、吸收收和透光光强度等等性能。在在测尘技技术中,常常常用到到这一特特性。四、矿尘尘灾害的的形式矿尘具有有很大的的危害性性,表现现在以下下几个方方面:(1)污污染工作作场所,引引起职业业病。轻轻者会患患呼吸道道炎症、皮皮肤病,重重者会患患尘肺病病;(
8、2)某某些矿尘尘(如煤煤尘、硫硫化尘)在在一定条条件下可可以爆炸炸;(3)加加速机械械磨损,缩缩短精密密仪器使使用寿命命;(4)降降低工作作场所能能见度,增增加工伤伤事故的的发生。(一)尘尘肺病1尘肺肺病的分分类(1)硅硅肺病(矽矽肺病)。(2)煤煤硅肺病病(煤矽矽肺)。(3)煤煤肺病。上述三种种尘肺病病中最危危险的是是硅肺病病。其发发病工龄龄最短,一般在在10 年左右右,病情情发展快快,危害害严重。煤煤肺病的的发病工工龄一般般为200300 年,煤煤硅肺病病介于两两者之间间但接近近后者。2影响响尘肺病病的发病病因素 (1)矿尘的的成分。(2)矿矿尘粒度度及分散散度。(3)矿矿尘浓度度。(4)
9、个个体方面面的因素素。(二)煤煤尘爆炸炸1煤尘尘爆炸的的机理煤尘爆炸炸是在高高温或一一定点火火能的热热源作用用下,空空气中氧氧气与煤煤尘急剧剧氧化的的反应过过程,是是一种非非常复杂杂的链式式反应。一一般认为为其爆炸炸机理及及过程如如下:(1)煤煤本身是是可燃物物质,当当它以粉粉末状态态存在时时,总表表面积显显著增加加,吸氧氧和被氧氧化的能能力大大大增强,一一旦遇见见火源,氧氧化过程程迅速展展开;(2)当当温度达达到30004400 时,煤煤的干馏馏现象急急剧增强强,放出出大量的的可燃性性气体,主主要成分分为甲烷烷、乙烷烷、丙烷烷、丁烷烷、氢和和1左左右的其其它碳氢氢化合物物;(3)形形成的可可
10、燃气体体与空气气混合在在高温作作用下吸吸收能量量,在尘尘粒周围围形成气气体外壳壳,即活活化中心心,当活活化中心心的能量量达到一一定程度度后,链链反应过过程开始始,游离离基迅速速增加,发发生了尘尘粒的闪闪燃;(4)闪闪燃所形形成的热热量传递递给周围围的尘粒粒,并使使之参与与链反应应,导致致燃烧过过程急剧剧地循环环进行,当当燃烧不不断加剧剧使火焰焰速度达达到每秒秒数百米米后,煤煤尘的燃燃烧便在在一定临临界条件件下跳跃跃式地转转变为爆爆炸。2. 煤煤尘爆炸炸的条件件煤尘爆炸炸必须同同时满足足以下三三个条件件:(1)煤煤尘的爆爆炸性。(2)煤煤尘浓度度。表3-11-5我国对对煤尘爆爆炸的实实验结果果煤
11、尘爆炸炸下限浓浓度煤尘爆炸炸最强的的浓度煤尘爆炸炸上限浓浓度45g/m33004000g/mm31500020000gg/m3(3)引引起煤尘尘爆炸的的热源。3. 煤煤尘爆炸炸的效应应(1)高高温。煤尘的的爆炸是是其激烈烈氧化的的结果,因因此,在在爆炸时时要释放放出大量量的热量量,这个个热量可可以使爆爆源周围围气体的的温度上上升到22300025500 。这这种高温温是造成成煤尘爆爆炸连续续发生的的重要条条件。(2)高高压。煤尘的的爆炸使使爆源周周围气体体的温度度急剧上上升,必必然使气气体的压压力突然然增大。在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736kPa 。许多国家曾分别在实验室和巷道中进行
12、测定,其结果表明,爆炸压力随离开爆源的距离的延长而跳跃式的不断增大,爆炸在扩展过程中如果有障碍物阻拦或巷道的断面突然变化及巷道拐弯等,则爆炸压力将增加得更大。(3)高高速火焰焰。在爆炸炸产生高高温高压压的同时时,爆炸炸火焰以以极快的的速度向向外传播播。一些些国家利利用实验验巷道对对其传播播速度进进行了测测定,结结果表明明,可达达1120 m/ss多米。(4)冲冲击波。煤尘爆爆炸同样样形成冲冲击波,其其传播速速度比爆爆炸火焰焰传播得得还要快快,可达达2340mm/s ,对矿井井的破坏坏极大。(5)生生成大量量的COO。煤尘爆爆炸后生生成大量量的COO,其浓浓度可达达23,有有时甚至至高达88左右
13、右,这是是造成矿矿工大量量中毒伤伤亡的主主要原因因。4. 影影响煤尘尘爆炸的的因素(1)煤煤的成分分。煤的的组成除除固定碳碳外还有有挥发分分、水分分、灰分分等,它们对对煤尘的的爆炸性性起着不不同的作作用。(2)煤煤尘浓度度。(3)煤煤尘粒度度。(4)矿矿井的瓦瓦斯浓度度。第二节 矿尘治理理的基本本技术一、减尘尘技术。减尘是指指减少和和抑制尘尘源产尘尘, 从从而减少少井下空空气中煤煤尘的浓浓度。减减尘一是是减少产产尘总量量和产尘尘强度;二是减减少呼吸吸性矿尘尘所占的的比例。它它是防尘尘技术措措施中最最积极最最有效的的措施。主主要通过过向煤岩岩体注水水、湿式式打眼、湿式作业等措施。(一)煤煤层注水
14、水湿润煤煤体图3-2-1 长钻孔注水防尘示意图a-上向钻孔;b-双向钻孔;c-伪倾斜钻孔;d-八字型与倾斜联合钻孔煤层注水水是在采采煤和掘掘进之前前,利用用钻孔向向煤层注注入压力力水,使使水沿着着煤层的的层理、节节理或裂裂隙向四四周扩散散并渗入入到煤体体中的微微孔中去去,增加加煤的水水分,使使煤体和和其内部部的原生生煤尘都都得到预预先润湿湿。同时时,使煤煤体的塑塑性增强强。以减减少采掘掘时生成成煤尘的的数量。这这是防治治煤尘的的一项根根本措施施。1钻孔孔布置方方式煤层注水水的方式式有:长长钻孔注注水、短短钻孔注注水、深深孔注水水和巷道道钻孔注注水等多多种方式式图3-2-3 巷道钻孔注水(1)长
15、长钻孔。(2)短短钻孔。(3)深深孔。(4)巷巷道钻孔孔。2封孔孔封孔深度度和封孔孔质量是是煤层注注水的重重要环节节。封孔孔深度应应超过沿沿巷道边边缘煤体体的卸压压带宽度度,一般般不小于于6m ,当当注水压压力大于于2.55MPaa 时,应应大于66m 乃乃至200m 。封孔方法法有两种种:一种种是水泥泥砂浆封封孔,另另一种是是封孔器器封孔。3注水水(1)注注水方法法。一是利利用矿井井地面贮贮水池,通通过井下下供水管管网实施施静压注注水;二二是利用用井下的的水泵实实施动压压注水。(2)注注水压力力。注水压压力的高高低取决决于煤层层透水性性的强弱弱和钻孔孔的注水水速度。通通常,透透水性强强的煤层
16、层采用低低压(小小于3 MPaa)注水水,透水水性较弱弱的煤层层采用中中压(33100 MPPa)注注水,必必要时可可采用高高压注水水(大于于10 MPaa)。(3)注注水速度度(注水水流量)一般来说说,小流流量注水水对煤层层湿润效效果最好好,只要要时间允允许,就就应采用用小流量量注水。静静压注水水速度一一般为00.000100.0227m33/( hm ) ,动动压注水水速度为为0.00020.224 mm3/( hm )。若静静压注水水速度太太低,可可在注水水前进行行孔内爆爆破,提提高钻孔孔的透水水能力,然然后再进进行注水水。(4)注注水量一般来说说,中厚厚煤层的的吨煤注注水量为为0.00
17、150.033 m33/t ;厚煤煤层为00.022500.044 m33/t。机机采工作作面及水水量流失失率大的的煤层取取上限值值,炮采采工作面面及水量量流失率率小或产产量较小小的煤层层取下限限值。4. 煤煤层注水水效果在实际注注水中,常常把在预预定的湿湿润范围围内煤壁壁出现均均匀“出汗”(渗出出水珠)的的现象,作作为判断断煤体是是否全面面湿润的的辅助方方法。煤煤层注水水使煤体体内的水水分增加加。一般般说来,当当水分增增加1时,就就可以收收到降尘尘效果。水水分增加加量越大大,效果果越好。影响煤层层注水效效果的因因素有如如下几个个方面:(1)煤煤层注水水的效果果同煤层层的裂隙隙及孔隙隙的发育育
18、程度有有关。(2)煤煤层的注注水效果果与煤层层的埋藏藏深度和和地压的的集中程程度有关关,埋藏藏越深,地地压越集集中的地地方,煤煤层的孔孔隙被压压紧,透透水性越越差。(二)采采空区灌灌水采空区灌灌水是在开采采近距离离煤层群群的上组组煤或采采用分层层法开采采厚煤层层时(包包括急倾倾斜水平平分层),利利用往采采空区灌灌水的方方法,借借以润湿湿下组煤煤和下分分层煤体体,防止止开采时时生成大大量的煤煤尘。灌灌水方式式同黄泥泥灌浆。(三)湿湿式作业业湿式作业业是利用用水或其其它液体体,使之之与尘粒粒相接触触而捕集集矿尘的方方法。1. 湿湿式凿岩岩、钻眼眼该方法的的实质是是指在凿凿岩和打打钻过程程中,将将压
19、力水水通过凿凿岩机、钻钻杆送入入并充满满孔底,以以湿润、冲冲洗和排排出产生生的矿尘尘。2. 水水封爆破破和水炮炮泥图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炸药图3-2-6 塑料水炮泥( a )人工结扎封口;( b )双层自动封口水封爆破破和水炮炮泥都是是由钻孔孔注水湿湿润煤体体演变而而来的,它它是将注注水和爆爆破联结结起来,不不仅起到到消除炮炮烟和防防尘作用用,而且且还提高高了炸药药的爆破破效果。(1)水水封爆破破。水封封爆破就就是在工工作面打打好炮眼眼后,先先注入压压力不超超过4.9033106Pa(50kkg/ccm2)的高高压水,使使之沿煤煤层节理理、裂隙隙
20、渗透,直直到煤壁壁见水为为止。然然后装入入防水炸炸药,再再将注水水器插入入炮眼进进行水封封,如图图3-22-5 所示示。(2)水水炮泥。水水炮泥是是用装水水塑料袋袋填于炮炮眼内代代替粘土土使用。它它是借助助炸药爆爆炸时产产生的压压力将水水压入煤煤层的裂裂隙中而而进行降降尘的。二、降低低浮尘一般采用用喷雾洒洒水来降低浮浮尘。喷雾洒洒水是将压力力水通过过喷雾器器(又称称喷嘴),在在旋转及及冲击的的作用下下,使水水流雾化化成细微微的水滴滴喷射于于空气中中,用水水湿润、冲冲洗初生生或沉积积于煤堆堆、岩堆堆、巷道道周壁、支支架等处处的矿尘尘。1. 对对产尘源源喷雾洒洒水(1)掘掘进机喷喷雾洒水水图3-2
21、-7 采煤机内喷雾示意图掘进机喷喷雾分内内喷雾和和外喷雾雾两种。外外喷雾多多用于捕捕集空气气中悬浮浮的矿尘尘,内喷喷雾则通通过掘进进机切割割机构上上的喷嘴嘴向割落落的煤岩岩处直接接喷雾,在在矿尘生生成的瞬瞬间将其其抑制。较较好的内内外喷雾雾系统可可使空气气中含尘尘量减少少85 995。(2)采采煤机喷喷雾洒水水图3-2-8 采煤机外喷雾示意图采煤机的的喷雾系系统分为为内喷雾雾和外喷喷雾两种种方式。采采用内喷喷雾时,水水由安装装在截割割滚筒上上的喷嘴嘴直接向向截齿的的切割点点喷射,可保证在滚筒转动时只向切割煤体的截齿供水,如图3-2-7 所示,形成“湿式截割”。(3) 液压支支架移架架和放煤煤口
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