1、煤炭科学研究报告总院重庆研究报告院煤矿粉尘防治新技术ISO9001:2000认证企业煤炭科学研究总院重庆研究院煤矿粉尘防治新技术简介煤炭科学研究总院重庆研究院粉尘研究所2009年4月第一部分 煤矿粉尘测试新技术煤矿粉尘监测技术应当包含三个方面的内容：一是粉尘浓度的监测，二是粉尘粒度分布的监测，三是游离SiO2含量的监测。国内目前对粉尘浓度的监测相对较重视，有长周期粉尘监测技术、短周期粉尘监测技术和粉尘遥测技术。1、长周期粉尘监测技术长周期粉尘监测技术主要是指能够连续监测一个工作班8小时以上），这对于科学评价接尘人员的接尘强度相对较科学，是应该鼓励推广使用的粉尘监测技术，目前主要有两种仪器设备。
2、1.1 AZF-01型呼吸性粉尘采样器技术特点1）呼吸性粉尘分离效能完全符合国际标准BMRC曲线）的一种长周期呼吸性粉尘采样器。2）仪器机壳采用ABS工程塑料，并作了防潮、防静电处理，减小了仪器重量。3）粉尘分离装置采用双气泵采样、数显计时，具有气流稳定、负载能力大、工作时间长、操作方便的特点。 主要技术参数1）采样流量：3.8L/min；2）采样准确度：10%；8h；4）防爆形式：矿用本质安全型，防爆标志：Exib；5）外形尺寸：310mm125mm125mm；6）重量：2.5。1.2CCX2.0型个体粉尘采样器技术特点1）仪器机壳采用ABS工程塑料、具有防潮、防静电功能；2）粉尘分离装置采
3、用旋风分离原理、双气泵采样；3）采用1英寸OLED双色彩屏显示；4）具有气流稳定、负载能力大、工作时间长、操作方便等特点；5）能科学地反映接尘人员吸入的呼吸性粉尘质量和不同作业场所粉尘对人体的危害程度。主要技术参数1）采样流量：2L/min；2）采样流量稳定性：5%；3）负载能力：2000Pa；8h；5）外形尺寸：138mm89mm45mm；6）重量：0.5.2.短周期粉尘浓度监测技术短周期粉尘监测技术主要是在指定的监测地点，通过短时间的采样一般在10min以内）来测试分析空气中的粉尘浓度的方法，该方法由于耗时短，因此广受煤矿现场的欢迎，也是目前国内使用最普遍的一种粉尘监测技术。但由于其采样时
4、间短，受到采样时工作面的工作状况影响较大，其所监测的粉尘浓度数据智能反映监测时间段的平均粉尘浓度，不能科学地评价接尘人员的接尘实际情况，因此尤其缺陷性。目前国内所用仪器主要有两种：2.1 CCGZ-1000型直读式测尘仪技术特点1）测量准确度高：该仪器采用独创的流量控制技术和流量积分控制算法，使采样流量更加稳定、测尘数据更加准确，测尘误差在10%；2）采用了消除人为误差的先进技术：本仪器将粉尘采样与浓度监测两个过程设计在同一装置中进行，避免了采样滤膜在转移过程中粉尘脱落造成的人为误差；3）粉尘浓度数据可直接上传给计算机，方便数据报表的绘制、存储和打印；4）具有电池欠压自动关机、性能自检、数据自
5、动保存等功能；5）可快速在线标定GCG500型粉尘浓度传感器。主要技术参数1）粉尘浓度测量范围：0.21000mg/m3；2）采样流量：15L/min；3）粉尘浓度测量误差：10%；4）连续工作时间： 120min；5）防爆型式：矿用本质安全型；防爆标志：Exib；6）外形尺寸：280185165；7）重量：4。2.2 AZF-02呼吸性粉尘采样器技术特点1）该仪器对呼吸性粉尘的分离效能完全符合“BMRC”国际标准曲线的要求，能科学地反映接尘人员吸入的呼吸性粉尘质量；2）能在粉尘作业环境中进行短时间大流量的呼吸性粉尘和总粉尘采样。主要技术参数1）采样流量：20L/min；2）采样准确度：10%
6、；3）防爆型式：矿用本质安全型,防爆标志：Exib；4）外形尺寸：310mm125mm125mm；（5）最大传输距离：1500m；（6）外形尺寸：265mm200mm190mm；（7）重量： 10kg。第二部分煤矿粉尘治理新技术1. 综掘工作面粉尘治理综掘面首先采取深孔注水技术，增加煤体的水分含量，从而减小掘进过程中的产尘量；在掘进过程中采取适当的控尘技术，控制粉尘的无序扩散，将粉尘集中在相对较小的区域内，然后采取高压喷雾和除尘器抽尘净化的方式进行处理，并采用粉尘浓度传感器监测回风流的粉尘浓度，利用该传感器对回风流净化水幕进行控制，当粉尘浓度超标时自动打开喷雾，当粉尘浓度低于标准值时，自动关闭
7、喷雾，从而实现综掘面的高效降尘可使综掘面粉尘浓度降低到10mg/m3以下）。1.1分段式深孔注水技术煤矿井下掘进工作面采用深孔注水，能有效提高注水压力，增加煤体注水区域的水分含量，软化煤体，降低掘进过程中粉尘产生量；同时具有释放瓦斯，降低煤体中瓦斯含量的作用。技术特点1）封孔深度更深，可以在应力集中带封孔，有效提高注水压力可达21MPa）、延长注水时间、增加注水量，使煤体更充分湿润。2）该封孔器耐压强度高，使用简易，封孔效果好，且可以重复使用，尤其针对高密度瓦斯矿区效果更为明显。3）分段式注水封孔器能使煤体得到均匀的湿润和增加注水量。主要技术参数：表6 分段式注水封孔器主要技术参数序号名称技术
8、参数FZF-50FZF-801封孔孔径mm）50802封孔器外径mm）40703封孔器总长m）5.57.54分段封孔器数量根）235单向阀打开压力MPa）23236额定工作压力MPa）16217工作状态爆破压力MPa）24328自由状态膨胀范围25601.2综机）掘工作面涡流控尘及除尘器抽尘净化技术抽尘净化是降低综机）掘工作面粉尘浓度最有效的方法之一。抽尘净化是利用除尘器运行中在尘源处产生的负压，使含尘空气进入除尘器中净化处理。目前，煤矿井下综掘工作面一般采用长压通风方式，这种通风方式容易在掘进面瘾头形成一个强烈的射流区域，使工作面粉尘加速向迎头以外扩散，导致抽尘净化系统的收尘效率降低，从而使
9、工作面的降尘效果受到较大影响。因此，综机）掘工作面抽尘净化技术包括工作面涡流控尘技术和除尘器抽尘净化技术两个方面。综机）掘面长压短抽的通风除尘系统1.2.1综机）掘工作面涡流控尘技术巷道旋转式出风的涡流风筒涡流控尘的主要作用使控制粉尘在工作面迎头的无序扩散，从而提高收尘系统的收尘效率，一般是通过改变工作面供风风筒出风方向来实现。涡流控尘就是使掘进时产生的粉尘被压在掘进面迎头，而不向外扩散。在除尘器的抽吸作用下，粉尘被收入除尘系统内进行净化处理。1.2.2综机）掘工作面抽尘除尘技术根据综机）掘面生产技术条件，为了解决好除尘系统如何与掘进机、转载机、断面大小等生产条件的相互配套，我院成功研制出了K
10、CS系列电动除尘器和CSY系列液动除尘器。KCS系列湿式过滤旋流除尘器是我院最新研制生产的新一代除尘器，除尘采用喷雾过滤拦截、捕尘洗涤粉尘、旋流脱水分离粉尘等原理除尘。CSY系列液动湿式除尘器主要是安装在掘进机机面上与掘进机配套使用，是通过掘进机液压系统富裕的高压油驱动除尘器，通过的喷雾、过滤、捕尘、脱水、分离粉尘后得到洁净风流由排风口排出，从而达到净化含尘风流的目的。1.3.高压喷雾降尘技术一般的掘进机外喷雾是采用掘进机冷却水，喷雾压力不高，雾化效果差，所以降尘效果差。高压外喷雾是利用喷雾泵将水压增到812MPa范围内，利用安装在掘进机截割壁上高压喷嘴喷出水幕覆盖截割头。掘进机截割时，开动喷
11、雾装置，掘进机停止工作时，关闭喷雾装置，通过高压喷雾降尘效率可达70%以上。掘进机高压喷雾降尘技术技术特点：1）成套性：所有关键设备均由我院最新研究制造，能够充分发挥所有设备的优势，成套性好；2）稳定性：采用高效水质过滤器过滤煤矿井下防尘用水，其过滤精度可达100m以下，保证降尘器不被堵塞；采用具有高低水位自动保护功能的自动控制水箱，从而保证高压泵站的长期稳定运行，进而保证系统的长期稳定运行；3）高效性：采用特殊的降尘器，优化喷雾参数，提高雾化效果，保证雾粒密度在108109粒/cm3，水雾初速度在180m/s以上，雾粒平均直径84m，从而保证割煤时降尘效率达80以上；4）实用性：将高压喷雾器
12、设计为环形结构固定在掘进机炮头附近，并加设防砸保护装置，能使喷出的水雾始终包围掘进机炮头，且能有效防止高压喷雾器被砸坏，保证长期使用。主要技术参数：1）喷雾压力：8Mpa；2）喷雾流量：2040L/min；3）雾化粒径：100m；4）降尘效率：70%。2炮掘工作面粉尘治理2.1分段式深孔注水技术见第二部分1.1分段式深孔注水技术2.2 炮掘工作面高压喷雾降尘系统炮掘工作面采用高压喷雾降尘，是在放炮前利用高压喷雾泵产生812MPa高压水，并通过高压水管将此高压水输送到固定在掘进面迎头附近的高压喷嘴，由此形成高密度 108109粒/cm3）、高速 初速度180m/s）的细微水雾粒，并将巷道封闭69
13、M。放炮时产生的粉尘和炮烟在经过水雾巷道封闭区时，与水雾粒相互碰撞而凝结并而加速沉降，从而达到高效降低放炮时的粉尘和炮烟。技术特点1）降尘消烟效果好，放炮后5分钟工作面的粉尘降到10mg/m3以下，并基本消除炮烟的异味；2）耗水量小，耗水量是一般常规喷雾的1/3；3）水雾封闭巷道长，水雾可封闭巷道全断面9M以上。主要技术参数：1）喷雾压力812MPa；2）雾化粒径100m；3）水雾封闭巷道长度69m；4）水雾粒运动速度：2030m/s；5）水雾粒密度：108109颗/m3。3.综采工作面粉尘治理综采工作面首先采用动压注水技术，增加媒体的水分含量，并实现注水系统的无人值守功能；然后采取采煤机高压
14、引射降尘技术、采煤机尘源智能跟踪高压喷雾降尘技术和液压支架自动高压喷雾降尘技术集成，形成对综采工作面主要尘源采煤机割煤和液压支架移架、降柱、放煤等）的综合治理，最终高效降低综采工作面的粉尘浓度一般在90%以上）。3.1煤层动压自动注水系统煤层注水就是回采前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔并利用水的压力将水注入煤体中，水沿着煤的裂隙包围被裂隙分割的煤体，并在毛细管力及水的重力作用下向煤体内部渗透，增加煤的水分和尘粒间的粘着力，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，减少采煤时粉尘的生成量；同时将煤体中原生细尘粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力。同时，煤层注水还具有软化煤体，从而提高放煤效率和顶煤回收率、
15、降低煤体温度、预防煤与瓦斯突出等作用。 1-注水钻孔；2-注水钢管；3-水压表；4-注水胶管；5-高压闸阀；6-分流器；7-单向阀；8-多功能水表；9-注水泵；10-自控水箱煤层注水工艺技术组成1）煤层可注性实验；主要测定煤层孔隙率、煤体坚固性系数、吸水率以及原始水分含量等参数。2）注水钻孔布置方式及参数设计；根据煤层孔隙率、煤体吸水率以及原始水分含量等参数，并结合工作面生产工艺，设计注水钻孔布置方式主要有单向钻孔、双向钻孔、顺层钻孔、倾斜钻孔等方式）和参数钻孔深度、钻孔直径、钻孔间距、超前距离、超前时间等）。3）顺层钻孔施工技术；根据煤体坚固性系数确定采用何种排渣方式进行钻孔施工，对于条件较
16、好的煤层采用常压湿式排渣，对于坚固性系数较小的煤层采用压气排渣或高压水排渣等方式。4）注水钻孔封孔工艺技术及装备；由于钻孔动压注水的注水压力一般应在10MPa以上，因此，一般采用水泥砂浆封孔方式进行封孔，其主要优点在于封孔距离长、承压强度高。5）注水工艺技术及参数优化；根据煤层条件设计并优化注水流量、注水压力、单孔注水量、注水时间等参数。6）效果考察。煤层注水工艺特点在近几年来，我院逐步改进和完善动压自动注水工艺及装备，形成了一套完善的动压自动注水工艺技术及装备。煤层动压自动注水有如下特点：，在煤层注水可注性实验基础上，采用不同的注水工艺技术及装备，形成适合注水煤层地质条件的注水工艺技术及装备
17、，保证煤层注水的效果。2）自动性，自动计算煤体水分含量，该注水系统可通过控制箱任意设定动压注水开始和结束的时间，可自动控制每天注水时间及注水次数。3）可实现动压注水和静压注水自动切换。当该系统开始动压注水时，静压水路自动关闭，动压注水结束时静压水路自动打开并关闭动压水路。4）实时监测注水压力、注水流量、单孔注水量等注水指标5）添加湿润剂，增加注水后煤体的湿润性和保水性3.2 CPC-40型采煤机高压外喷雾引射降尘系统喷雾泵站高压胶管降尘器采煤机我院研究的采煤机高压喷雾降尘技术是利用BP型矿用喷雾泵对煤矿静压水增压使水压达到8MPa以上，供CPC-40采煤机高压外喷雾降尘器喷雾，产生雾粒直径小于
18、100m的高压水雾流，喷向截割滚筒处与粉尘充分混合，在截割和落煤区形成密实水幕，覆盖整个滚筒，粘结割煤和落煤过程中的粉尘，达到高效降尘，降尘效率达85%以上。技术特点1）成套性：所有关键设备均由我院自行研究制造，能够充分发挥所有设备的优势，成套性好；2）稳定性：采用高效水质过滤器过滤煤矿井下防尘用水，其过滤精度可达100m以下，保证降尘器不被堵塞；采用具有高低水位自动保护功能的自动控制水箱，从而保证高压泵站的稳定运行，进而保证系统的长期稳定运行；3）高效性：采用特殊的降尘器，优化喷雾参数，提高雾化效果，保证雾粒密度在108109粒/cm3，水雾初速度在180m/s以上，雾粒平均直径84m，从而
19、保证采煤机割煤时降尘效率达85以上；4）实用性：针对煤矿井下受限空间的特点，设计小型化的高效降尘器120高）和高压喷雾泵，提高煤矿井下生产技术条件的适应性。主要技术参数：1）喷雾压力：8MPa2）喷雾流量：2040L/min3）雾化粒径：100m型矿用采煤机尘源跟踪喷雾降尘系统该系统主要用于煤矿综采工作面的采煤机自动化高效喷雾降尘，尤其是在配风量大、产尘强度高的综采工作面，可显著降低采煤机割煤时的粉尘浓度。技术特点1）系统可实现对采煤机滚筒割煤这一尘源的自动跟踪喷雾，保证采煤机前、后滚筒及下风流始终处于高压喷雾的控制范围之内，从而实现采煤机的高效喷雾降尘。2）系统具有通过遥控发送器对所有联机控
20、制箱的参数进行统一设置，无需对每个控制箱分别进行参数设置。参数的设置可根据工作面长度、采煤机长度及运行速度在一定范围内调整，也可根据用户需要，在参数设定范围内自行设定。3）每个控制箱可带3个接收器和3个电磁阀，相比每个控制箱带1个接收器和1个电磁阀，可降低成本，同时也减少了安装工作量。4）系统中的电磁阀适应水压高10MPa），可实现喷雾系统的高压喷雾降尘，提高喷雾降尘的效率。5）系统各控制箱具有设定参数的存储功能，断电后恢复供电，系统仍按原存储的参数进行工作。主要技术指标1）供电电源额定电压AC 127V、220V任选，供电电压在80%120%之间波动时，系统及各设备能正常工作；2） 最大容量
21、系统最大可级联84台控制箱，可配接252个电磁阀。3） 喷雾控制执行时间控制电磁阀打开喷雾或关闭喷雾的执行时间不大于2s。 4） 喷雾延时时间误差在喷雾延时时间为1999）s范围内，设定的延时误差为2s。5） 同时打开的最大电磁阀数量接收器上侧或下侧可同时打开的最大电磁阀数量：5；6） 接收器与其上侧或下侧最近点打开的电磁阀之间的最大间隔数接收到信号的接收器与其上侧或下侧最近点打开的电磁阀之间的最大间隔数：9。7） 喷雾水压力喷雾水压力1.0 MPa10.0MPa。3.4 FPY-12）液压支架自动高压喷雾降尘系统液压支架的支护作业是工作面尘源之一，由移架放煤）所产生的呼吸性粉尘占采煤机司机位
22、置的31%。为了有效地抑制移架放煤）时的产尘，可采用喷雾防尘措施。液压支架自动喷雾降尘技术是在综采放）工作面实现移架推溜和放煤过程中喷雾降尘的自动控制。技术特点1）稳定性：液压支架自动控制阀来回移动次数可达5000次以上；2）高效性：采用专用喷嘴，降尘效率高达80%以上；3）可靠性：液压控制动作灵活可靠；4）操作简单：与液压支架控制开关联动。5）独特性：国内首次将高压喷雾用于液压支架将尘。主要技术指标1）适用水压：1.07.0MPa；2）雾化粒径：100m；2）过水流量：30L/min；3）工作液额定压力：32MPa；4）接口尺寸：进、出水孔：13快接；工作液孔：10快接。4.运输巷粉尘治理4
23、.1ZPA-63S粉尘浓度超限自动喷雾降尘装置用途该装置主要用于煤矿井下进、回风大巷、采掘工作面进、回风巷道及其它需要对粉尘浓度设限喷雾降尘的场所，实现在线监测粉尘浓度、净化风流。技术特点1）装置具有设限喷雾功能，可根据作业场所的粉尘浓度设置控制限值，当作业场所粉尘浓度超过设定限值时自动打开喷雾进行降尘，当作业场所粉尘浓度低于设定限值后，自动停止喷雾。2）装置设限浓度值范围宽，可在10490）mg/m3范围内任意设定；3）装置容量大，配置灵活，可控制14道水幕；4）装置具有回差控制功能，可防止在设限浓度值附近电磁阀反复动作；5）装置在喷雾期间如有人员经过，喷雾停止，人员通过后继续喷雾，6）装置
24、即可单独自成系统使用，也可与矿井安全监测系统联网使用；7）装置具有参数存储功能，断电后恢复供电，仍按原存储的参数进行工作。主要技术参数1）供电电源额定电压：36V.AC、127V.AC、220V.AC任选；波动范围：80%120%；频率：50Hz，允许偏差5%。2）最大容量装置最多可带2台粉尘浓度传感器，4路光控传感器，4路电磁阀，控制4路水幕。3）超限值范围装置可在10490）mg/m3范围内任意设定超限值。4）喷雾延时时间误差在喷雾延时时间为10999）s范围内，设定的延时误差为5s。5）光控传感器控制距离光控传感器最大控制距离：9m。6）传输距离控制箱到粉尘浓度传感器最大距离：2000m
25、。控制箱到光控传感器最大距离：500m。控制箱到监控分站最大距离：2000m。7） 喷雾水压力喷雾水压力0.27.0）MPa。5 新型煤矿降尘剂通常情况下，煤矿井下都是用纯水进行喷雾降尘，但水的表面张力很高以及煤尘的物化性质是润湿效果决定性因素。不是任何一种降尘剂都能有效提高降尘效率，必须根据煤尘的物理化学性质如粒度分布、密度、工业分析结果等）进行实验才能确定降尘剂配比。通过对煤尘的疏水性测定和煤尘的粒度分布分析等测试，可以在实验室内确定出最佳的降尘剂配方，从而针对不同煤矿的煤尘物化特性设计出最合理的喷雾降尘系统参数，达到最佳的降尘效果。实验研究表明，在纯水中，煤尘的沉降时间为数天到数十天，而添加降尘剂后，煤尘的沉降时间可缩短至几秒至几十秒，由此表明降尘剂可以大幅度提高煤尘湿润性能。煤尘降尘剂特点：1）环境友好型：对人体无任何伤害，对设备无腐蚀，对环境无污染。2）降尘效率：提高25%40%3）量身定制：针对具体使用矿井，采集该矿井的煤、粉尘、矿井水进行煤质分析、粉尘物理性能分析、水质分析，根据分析结果设计、实验降尘剂最佳配比。4）定量添加：采用自动控制添加系统，根据实验室实验结果设定添加比例，精确地控制添加比例，精确度可达5%。
