第四章 预湿煤体防尘.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 预湿煤体防尘,1,煤层注水防尘,注水实质（减尘作用机理）,注水效果,注水效果影响因素,注水方式（钻孔布置方式）,封孔,注水,采空区灌水防尘,2,一、煤层注水湿润煤体,含义：,在采煤和掘进之前，利用钻孔向煤层注入压力水，使水沿着煤层的,层理、节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中的微孔中去，,增加煤的水分，使煤体和其内部的,原生煤尘,都得到预先润湿。同时，使煤体的,塑性增强,，以减少采掘时生成煤尘的数量。,防治煤尘的一项根本措施。,3,1,、煤层注水的实质,煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面：,（,1,）煤体内的裂隙中存在着,原生煤尘,，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源。,4,（,2,）水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数,破碎面均有水存在,，从而消除了,细粒煤尘,的飞扬，预防了,浮尘,的产生。,（,3,）水进入煤体后改变了煤的物理力学性质，使其,塑性增强，脆性减弱,，当煤体因开采而破碎时，,脆性破碎变为塑性变形,，因而减少了煤尘的产生量。,5,2,、钻孔布置方式,长钻孔注水,短钻孔注水,深孔注水,巷道钻孔注水,6,1,）长钻孔注水,钻孔直径为,75,100mm,，其布置形式较多，如图,4-1,所示。,优点：,（,1,）,湿润煤体的范围大，经济性好。（,2,）注水时间长，湿润煤体均匀，同时又与采煤互不干扰。所以它往往是优先选择的注水方式。,缺点：,钻孔长度大，对地质变化的适应性较差，打钻技术复杂，定向困难。,7,图,4-1,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,8,9,2,）短钻孔注水,其钻孔长度一般取,1.5,2m,，最大不超过,6m,。其布置如图,4-2,中,a,所示。,优点：,短钻孔注水对地质条件的适应性较强，当地质变化大、煤层较薄和围岩遇水膨胀而影响顶、底板管理时，可采用此注水方式。,缺点：,其湿润范围小，钻孔数量多，而且容易跑水，对采煤工作有干扰。,10,图,4-2,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,11,12,3,）深孔注水,同短孔注水一样，也是沿采煤工作面,垂直煤壁打钻孔,，只是钻孔打得深些。其钻孔长度为,5,6,天的进度，一般为,6,20m,。其布置如图,3-2,中,b,。,优点：,同长短孔注水的优点。,缺点：,它需要每周有休假或轮休工作面才能使用，我国目前尚未使用，而国外采用较多,。,13,4,）巷道钻孔注水,如图,4-3,是从邻近煤层的巷道打钻至注水煤层，进行注水。钻孔的长度由两煤层的间距或巷道至煤层的距离而定。,优点：,钻孔少，湿润煤体的范围大，效果好。在有巷道或抽放瓦斯钻孔可利用，且煤层较厚时，可考虑采用巷道钻孔注水方式。,14,图,4-3,巷道钻孔注水,15,3,、封孔,封孔深度和封孔质量是煤层注水的重要环节。封孔深度应超过沿巷道边缘煤体的,卸压带宽度,，一般不小于,6m,，当注水压力大于,2.5MPa,时，应大于,6m,乃至,20m,。,封孔方法有两种：,水泥砂浆封孔,封孔器封孔,16,1,）,封孔器封孔,我国煤矿长钻孔注水多采用,YPA,型水力膨胀式封孔器,和,MF,型摩擦式封孔器,。,YPA,型在使用时，将封孔器与注水钢管连接起来送至封孔位置，通过,高压胶管与水泵连通,，开泵后压力水进入封孔器，水流从封孔器前端的喷嘴流出进入钻孔，产生压力降，膨胀胶管内的水压升高，将,胶管膨胀，封住钻孔。,注水结束后，封孔器胶筒将随压力下降而恢复原状，可取出复用。,17,MF,型,在使用时，将封孔器与注水钢管连接起来送至钻孔内的封孔位置，,顺时针旋动注水管使其向前移动，这时橡胶密封筒被压缩而径向胀大，封住钻孔。,注水结束后，逆时针旋转注水管，密封胶管卸压，胶筒即恢复原状，可取出复用,。,采用封孔器封孔虽然简便，但多次重复使用时难以保证封孔质量，现已少用。,18,2,）水泥砂浆封孔,封孔前先用搅拌机将水泥和砂子制成,高稠度水泥砂浆,，再拨动离合器，启动送浆泵，将水泥砂浆快速地送进钻孔内。由于该泵的送浆能力较大，其封孔深度，对水平钻孔可达,3Om,；对垂直向上钻孔可达,20m,。,19,4,、注水,1,）,注水方法,静压注水：,利用矿井地面贮水池或上水平的水，依靠自然静压差通过井下供水管网实施；,动压注水：,利用井下的水泵实施。,20,静压注水特点：,工艺简单，既节省费用，又便于管理，但它的适用范围受到了一定的限制。过去仅能对透水性强的煤层采用静压注水，而近年来有了新的发展，对透水性差的煤层也可以采用静压注水，其技术关键是选定最佳的超前距离（开始注水时钻孔距工作面的距离）。,21,动压注水特点：,水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。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,4-4,所示。,22,图,4-4,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,23,近年来，我国研制的,煤层注水自动控制系统（装置），,它能根据煤层的渗透特性及注水压力与流量的变化进行自动调节，可实现动压注水和静压注水的,自动切换,。并将注水参数调节到最适宜的状态，并能将注水参数存贮、显示和打印出来。,24,2,）,注水压力,注水压力的高低取决于,煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度,。通常，透水性强的煤层采用低压（小于,3MPa,）注水，透水性较弱的煤层采用中压（,3,10MPa,）注水，必要时可采用高压注水（大于,10MPa,）。,25,如果水压过小，注水速度将会太低。水压过高，又可能导致煤岩裂隙猛烈扩散，造成大量窜水或跑水。,适宜的注水压力,是：通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于,煤层的瓦斯压力,。,26,国内外经验表明，,低压或中压长时间注水效果好。,在我国，静压注水大多属于低压，动压注水中压居多。对于初次注水的煤层，开始注水时，可对注水压力和注水速度进行测定，找出两者的关系，根据关系曲线选定合适的注水压力。,27,3,）注水速度（注水流量）,注水速度是影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素，在一定的煤层条件下，钻孔的注水速度随,钻孔长度、孔径和注水压力,的不同而增减。,28,一般来说，,小流量注水,对煤层湿润效果最好，只要时间允许静压注水速度一般为,0.001,0.027m,3,/(h,m),，就应采用小流量注水。动压注水速度为,0.002,0.24 m,3,/(h,m),。若静压注水速度太低，可在注水前进行,孔内爆破,，提高钻孔的透水能力，然后再进行注水。,29,4,）,注水量,注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。它与,工作面尺寸、煤厚、钻孔间距、煤的孔隙率、含水率,等多种因素有关。确定注水量首先要确定吨煤注水量，各矿应根据煤层的具体特征综合考察。,30,一般来说，,中厚煤层,的吨煤注水量为,0.015,0.03m,3,/t,；,厚煤层,为,0.025,0.04m,3,/t,。机采工作面及水量流失率大的煤层取上限值，炮采工作面及水量流失率小或产量较小的煤层取下限值。,31,5,、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。煤层注水使煤体内的水分增加。,一般说来，当水分增加,1%,时，就可以收到降尘效果。,水分增加量越大，效果越好。,32,但不仅要考虑降尘效果，还要考虑其它生产环节的方便，如运输、选煤等。因此，水分又不能太大，通常，吨煤注水量控制在,35,40L,，不可少于,20,25L,。此时，降尘效果可达到,50%,90%,左右。,33,在水中添加,湿润剂,可提高防尘效果。湿润剂可分为,阴离子型、阳离子型和非离子型,3,种。,离子型湿润剂：,表面活性剂溶于水时能电离生成离子的湿润剂。,非离子型湿润剂：,凡不能电离、不生成离子的湿润剂。,34,6,、影响煤层注水效果的因素,1,）煤层的裂隙及孔隙的发育程度,。据实测资料发现：,煤层的孔隙率,小于,4,时,，透水性较差，注水无效果；,孔隙率为,15,时,，煤层的透水性最高，注水效果最佳；,当孔隙率达,40,时,，无需注水，因为天然水分就很丰富了。,35,2,）煤层的埋藏深度和地压的集中程度,地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关，煤层埋藏越深则地层压力越大，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。因此，要提高注水压力，才能获得较好的效果。,36,3,）液体性质的影响,煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间极性差越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可以在水中添加表面活性剂。阳泉一矿在注水时加入,0.5%,浓度的洗衣粉，注水速度比原来提高,24%,。,37,4,）煤层中的瓦斯压力大小,瓦斯压力是注水的,附加阻力,，水克服瓦斯压力后才是注水的有效压力。所以在瓦斯压力大的煤层中注水时，往往要提高注水的压力，以保证湿润煤体的效果。,38,其实，煤层注水除减少煤尘的产生外，对于瓦斯治理、防止自燃发火、放顶煤开采软化顶煤都具有积极的作用。因此，煤层注水是煤矿安全和环境保护工作中的一项综合性措施。,39,5,）注水参数,注水压力、注水速度、注水量和注水时间。注水量或煤的水分增量是煤层注水效果的标志，也是决定煤层注水除尘率高低的重要因素。,40,二、采空区灌水,是在开采近距离,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），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。,41,由于上层煤已采空，所以下层煤随着减压而次生裂隙发育，易于缓慢渗透，故湿润煤体的范围大而且均匀，防尘效果好。我国一些矿区采用采空区灌水预湿煤体，其,降尘率一般为,76%,92%,。但是，采空区灌水应控制水量，防止从采空区流向工作面或下部巷道中，形成水患。,42,一般的灌水量按每平方米采空区,0.3,0.5m,3,来计算，其流量控制在,0.5,2m,3,/h,，最大不超过,5m,3,/h,。,灌水要超前回采,1,2,个月，以便使水渗透均匀。此外，当两煤层间的岩石层或下分层的上部有不透水层时，不能选用采空区灌水。同时，,在煤层有自燃发火危险时，要在水中加阻化剂才能进行采空区灌水。,43,实用粉尘防治技术,泡沫除尘,煤层脉冲式注水,综采工作面实时跟踪降尘成套技术,44,泡沫除尘,是在水中加入表面活性发泡剂，利用泡沫发生器造成泡沫状的液滴喷洒到尘源或空气中去，形成泡沫体或泡沫雾。有利于提高水雾的降尘效果，尤其对提高呼吸性粉尘的降尘率有利，而且耗水量少得多。,其除尘机理包括：拦截、黏附、湿润、沉降等。,泡沫除尘剂的核心是起泡剂，泡沫除尘性能的发挥主要决定于泡沫发生器。,泡沫发生器的发泡性能主要有：发泡量、发泡倍数、泡沫强度、风泡比、成泡率等。,45,煤层脉冲式注水,利用高压水压力在煤体注水钻孔内部的周期性变化所产生的水击和“水劈”效应，迫使煤体中的微小孔裂隙形成和逐渐张开，形成新的再生裂隙网，高压水逐渐渗透到其中，煤体中的微小裂隙相互贯通后，水在毛细管力和分子扩散运动力的作用下渗透到煤体微小裂隙中，从而实现对煤体的湿润。,46,煤层脉冲式注水,煤层脉冲式高压注水工艺包括：煤层脉冲式高压注水系统及注水方法、煤层注水钻孔布置和钻孔参数、封孔工艺和注水工艺参数等几个方面。,47,综采工作面实时跟踪降尘成套技术,综采煤尘产生量极大，降尘抑尘所采用的成套技术包括：,截齿点的全方位水封,，截割煤壁时的实时除尘，并降低截割所产生的热能，消除此工序点的瓦斯和煤尘爆炸威胁；,泡沫滤网捕尘,，再次对产尘区域实行搜捕，实现二次降尘；,放煤口喷雾泡沫捉尘,，消除后部煤尘积聚和飞扬。,整套装备和采煤机连成一体，并实行割煤和除尘连锁，所需要的动力为水和风。,48,表,1,是对蒋庄煤矿采煤机司机位置处的粉尘浓度所进行的测量结果对比情况。,49,煤矿粉尘防治技术发展趋势,50,综采放顶煤工作面采煤机防尘技术方面,首先需要对采煤机周围,风流流场的变化规律,进行深入的研究。在此基础上针对采煤机的滚筒结构、截齿数量布置方式、截齿的形式、采煤机牵引速度、截割速度和产尘状况，用系统工程的原理优化设计采煤机,内外喷雾系统和负压降尘系统,，从而使采煤机的产尘一部分被水雾捕捉沉降，一部分利用采煤机周围风流流场的变化作用，使含尘气流流向煤壁，剩余部分的浮尘采用,负压除尘原理,，在采煤机与司机之间形成气流幕，避免采煤机产尘向司机位、人行道扩散。,51,采煤机负压除尘装备研制方面,科研单位与国内采煤机制造厂家联合，通过课题招标竞争，实现资金、人才、技术和经营管理等要素的最佳组合，在较短时间内研制,射流负压除尘装置,、,液动除尘风机,并形成系列产品，以便适合国内不同类型采煤机配套安装使用。,52,引进国外先进技术,吸收、消化国外采煤机通风防尘滚筒以及泡沫除尘技术的原理、优点，加快除尘滚筒的研制和泡沫除尘技术的研究和推广应用。,53,国内专利技术的推广利用,在综采放顶煤工作面，放顶煤液压支架放煤口防尘技术上，充分利用国内现有的隔尘帘、支架、放煤、移架自动喷雾系统，并采用有效措施加快实施“放顶煤液压支架放煤口,负压捕尘装置,”国家专利项目，该项专利技术的推广应用可望使煤炭行业放顶煤液压支架放煤口粉尘防治和放煤口瓦斯防治达到一个新水平。,54,55,本章作业,1,、预湿煤体防尘技术主要包括哪些种类？,2,、煤层注水工艺流程有哪些？,3,、煤层注水系统分为哪两种？,4,、采空区灌水的实质是什么？,5,、煤层注水减尘作用的机理有哪些？,6,、影响煤层注水效果的因素有哪些？,56,