煤矿生产采面减降尘技术研究与应用毕业论文.doc

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1、煤矿生产采面减降尘技术研究与应用Study and Application of Technology about Decreasing and Dropping Dust Used In the Mining Face毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业

2、论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设

3、计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开

4、题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘要煤矿生产采面减降尘技术是多年来被国内外广大技术工作者所广泛研究的重要课题之一。本文主要阐述了煤层注水、高压喷雾降尘、除尘器降尘、泡沫降尘等减降尘技术及其在生产采面的应用。多年来的实践表明，这些技术在有效治理生产采面粉尘危害的工作中发挥了极为重要的作用本文作者在研究过程中主要进行了如下工作：生产采面粉尘产生分析、生产采面减降尘理论与技术研究、煤层注水等几种最新防除尘理论在生产采面的应用等。在借鉴前人成果的基础上对粉尘浓度较高的煤矿生产采面减降尘工作提出了几套合理的方案，使煤矿生产采面减降尘工作更加具体化。通过本次研究力求使煤矿生产采面减降尘

5、技术更加完善。为生产采面作业人员提供一个良好的作业环境。关键词：生产采面、减降尘、煤层注水、喷雾降尘、泡沫降尘ABSTRACTDecreasing dust in the coals mining face is one of the most important problems studied by many research specialist staff. This article focuses on the technologies of coal injection, using spay to decrease dust, using foam to decrease dus

6、t, using dust collector to decrease dust using in decreasing dust in underground tunneling face. The practices show that these technologies are very effective when they are used in mining face.According to requirements of the subject, the author make these works in this topic: analysis the producing

7、 of the dust in the underground tunneling face, study the technologies an theory which is used in decreasing the dust in the underground tunneling face. Based on the achievement of predecessors, put forward some programs for the work decreasing dust in the underground mining face where the concentra

8、tion of mineral dust mineral dust is high. Made the work of decreasing dust more clearly and concretely, I hope this study can made the technologies more perfectly, provide a good environment for the workers in the underground tunneling faceKey words: underground mining face, decrease dust, Coal inj

9、ection, Using spay to decrease dust, Using foam to decrease dust 目录1绪论11.1生产采面粉尘防治技术国内外发展状况11.2本课题的目的与意义31.3本文研究的主要内容与关键问题42生产采面粉尘综述72.1生产采面粉尘的产生72.2煤尘防治措施分类93生产采面减尘理论与技术113.1湿式钻眼的原理与技术113.2煤层注水的原理与技术134生产采面降尘理论与技术224.1喷雾降尘理论与技术224.2泡沫降尘理论与技术294.3除尘器降尘理论与技术345生产采面减降尘技术的应用415.1岱庄煤矿基本概况415.2生产采面减尘技术的应

10、用425.3生产采面降尘技术应用486主要结论与展望556.1主要结论556.2展望55参考文献57总结与致谢59附录 文献翻译601绪论在生产矿井粉尘防治的工作中，减降尘技术是关键。本章主要介绍了国内基本的减降尘技术发展状况，本论文研究的目的和意义。1.1 生产采面粉尘防治技术国内外发展状况1.1.1国内生产采面粉尘防治现状1965年抚顺煤炭科学研究院、北票矿务局采用煤层注水防治煤尘，先后进行了石门煤层注水、巷道煤层注水、区域煤层注水的试验研究，历时十年。于1976年进行了全面总结，并自行研制了胶塞封孔器进行封孔和用水泥封孔方法进行封孔，至今仍在我国煤层注水中应用。通过试验，研究了注水时的注

11、水压力、注水流量、单孔注水时间及总流量对煤尘浓度的影响，并得出了注水后如不能达到使煤层均匀湿润反而更有利于发生突出的结论，经鉴定认为研究是成功的。但以后并未在我国煤矿中推广用煤层注水方法防治煤尘8。1985年，赣州有色金属研究所的邝炎研制的一种高效除尘剂CHJ1湿润剂。它无毒无味、不腐蚀、不污染环境、价格低廉。以12000的浓度加入水中，能使表面张力从每厘米72达因降至31达因左右。在现场进行试验，在采煤工作面进行试验，结果除尘效率比清水提高40% 60%15。1994年，大同矿务局科研所的石俊文研究了SR-1型固体湿润剂除尘，该湿润剂采用了阴离子表面活性剂及相应的助剂复配，挤压成型。具有一定

12、的溶解度和溶解速度。与添加装置配套使用，利用冲刷式原理，可连续定量地将药剂配入水中。该降尘方法效果明显，可以应用于机采工作面。并且该湿润剂有效成分高、便于运输、实用性强17。1997年，煤炭科学院总院重庆分院的严昌炽、陈治中、李德文通过对煤矿机采工作面通风除尘技术的研究和试验提出了机掘工作面通风除尘的技术途径。通过现场的实际应用表明，该技术除尘效果良好、极大地改善了机采工作面的劳动卫生条件18。2009年，煤炭科学院总院太原研究院国茂普通过对综采工作面通风除尘系统的研究和试验，提出了采用长压短抽通风除尘的技术途径进行了除尘系统配套参数、控制技术及控制装置。通过现场实际应用证明、该技术除尘效果好

13、、可改善综采工作面的工作环境实现降尘提效16。1.1.2国外生产采面粉尘防治现状波兰从1950年开始试用煤层注水，到1963年己有75%的工作面采用了煤层注水。目前，几乎索有的矿井都采用了煤层注水。注水压力1630个大气压，水中加入硫酸铜溶液，孔深24m，封孔深1m，注水时间215分钟。这种方法能有效的降低粉尘浓度8。英国西南产煤区1961年开始使用煤层长钻孔注水的方法，发现注水压力达到350kg/cm方能克服煤层的原始阻力。高压注水压力为 420kg/cm2，注水后生产采面的降尘效果比较理想8。 前苏联煤矿曾对采煤机的高压喷雾装置进行了工业性试验。高压喷雾装置的主要参数如下：喷嘴口水压8 1

14、0MPa，水雾粒度3050m KOCBO型采煤机喷雾装置包括吸水管过滤器，两台水泵和自动控制阀。对喷雾装置试验和测定的结果为：在采煤机司机工作地点，不用喷雾装置时，空气中含尘量为21003400mg/m3，采煤机后1015m处的空气含尘量达2400 10300mg/m3，使用喷雾装置后，司机工作地点的空气含尘量510 1000mg/m3，采煤机后的空气含尘量降尘至510 4400mg/m310。 国外一些主要产煤国家还都在煤矿井下广泛采用除尘器除。美国使用了除尘风机、湿式纤维除尘器、小旋风除尘器等设备；英国在掘进巷道及掘进机上使用了湿式洗涤除尘器和湿式过滤除尘器;前苏联在掘进机、采煤机或急倾斜

15、煤层、回风巷等处使用了湿式旋流除尘器和吸尘泵;德国在破碎机处、转载点、掘进机上使用了干式布袋除尘器。从实际应用来看，国外的除尘设备一般体积大、较笨重，但除尘效率高、消音效果好、处理污染风量大。泡沫除尘自50年代问世以来，在一些主要产煤国家如美国、前苏联、波兰等在生产中得到广泛的应用，并已研究出定型的符合安全卫生和使用要求的廉价发泡剂。还根据不同的尘源性质，研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备20。以上技术有效地实现了生产采面粉尘防治，为井下作业工人提供了不错的工作条件。但是，对于矿井中矿尘浓度最高的生产采面这些技术还是不够的。必须通过对煤矿生产采面产生粉尘的各环节进行分析总结，及时完善防尘控制

16、技术措施，才能有效地解决了生产采面存在的产尘量大、粉尘质量浓度高以及职工作业环境差的难题，进一步促进了矿井安全生产和保障职工生命健康。1.2本课题的目的与意义毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。毕业论文旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神。这次毕业论文研究的课题是煤矿生产采面粉尘防治技术。这是这是一个非常实际的课题。煤矿粉尘对煤矿的安全生产以及煤矿工人的生命健康有着重要的影响。提高煤矿防除尘技术，防止煤尘事故发生是社会一直关注的问题。因此，这次写论文应该多方面查询资料

17、，了解多方面信息，争取把自己的论文做到一定深度 。通过这次整理论文，进一步认识到现阶段煤矿粉尘防治的现状。知道目前取得的成果。调查目前尚且存在的问题与隐患。其次，加深学习煤矿粉尘防治的基本技术。煤矿生产建设到现在已经有了一套自己的煤尘防治技术。这些技术都是煤矿工人实践中得来的，非常实用。对于新技术的研究也要基于这些基本技术。再次就是深入了解除尘设备的原理。科技的发展与进步是煤矿的防尘设施更加先进，了解这些除尘设施可以掌握现代防尘技术。最后就是研究采掘工作面的防尘措施。采掘工作面是整个矿井粉尘浓度最高的地方，也是工最多的地方，降低该处的粉尘浓度使矿井防尘最重要一环。本问就是基于目前防尘措施基础，

18、研究治理采掘工作面粉尘防治的新技术。 煤矿资源的开采与利用在满足国民经济快速发展对煤矿资源需求的同时，由于粉尘的危害使从业人员付出的健康甚至生命的代价已成为人们关注的焦点，据统计我国平均每年新增职业病患者1.5万人左右，而煤尘爆炸事故也是不断发生。这些都严重影响和制约着矿山企业的健康发展。所以煤矿作业场所进行粉尘的监测与防治，对于从源头上控制职业病和粉尘爆炸事故的发生，确保从业人员的健康与安全尤为重要。1.3本文研究的主要内容与关键问题生产采面是矿井粉尘浓度最高的地方，而生产采面又是井下作业人员比较密集的地方。因此，生产采面减降尘是煤矿防尘的重要环节。本课题主要内容：1） 生产采面减尘在工作面

19、开掘前实行减尘措施是防尘的一种有效手段。这样可以把粉尘治理工作的关口前移，为煤矿正常生产提供了一定保障。文章主要讲了煤层注水这一措施。煤层注水是在煤巷采煤作业时在采煤前打若干钻孔，通过钻空注入压力水，使其沿着每层的层理、节理和裂隙向四周扩散，渗入煤的孔隙中，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，并降低煤的强度和脆性，以减少采煤时浮游粉尘的产生量。同时渗透到煤体裂隙内的水分，还可以将原生细尘粘结为较大的尘粒，使煤尘失去飞扬能力。2) 生产采面降尘采煤作业时，产生矿尘在所难免。因此，采取合理的减降尘措施，降低工作面的粉尘浓度保证井下作业人员有一个良好的作业环境势在必行。本课题主要讲述了喷雾降尘、泡沫除尘、

20、湿式除尘器除尘三种措施。（1）喷雾降尘 该技术主要利用浮游于空气中粉尘的惯性作用凝聚作用而降尘。比如直径D雾滴以一定速度进入含尘空气，并占据一定空间，含尘风流通过水雾滴时，风流围绕雾滴运动。但尘粒比较大，因惯性作用而保持其运动方向，因而与水滴碰撞并粘附于水滴上，被雾滴捕获，起到了降尘作用。（2）泡沫降尘 该技术是利用封闭空隙的泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘迅速得到润湿和沉积。其除尘过程是利用表面活性物质发泡剂与水混合后，用发泡装置射向尘源。以此降低粉尘。（3）除尘器降尘 该设备主要利用了矿尘粒子的重力、离心力、扩散粘附力等作用力使粉尘分离出来，从而实现净化处理。本文主要解决的问题有：1）结构复

21、杂的薄煤层落煤工序时，由于采用打眼落煤容易产生高浓度煤尘。因此，应采用合理的减尘措施。2）机采工作面减降尘（1）截割煤体时，截齿刀尖前面的煤被压实而成压固核，当接触应力增加到极限之时，压固核被压碎产生煤尘。（2）大块煤采落后，被截齿进行截割产生煤尘。（3）被割下和被滚筒抛出的煤，在其弹性恢复时沿裂缝继续分离成更小煤块，同时产生煤尘。3）炮采工作面减降尘放炮工序是产尘浓度最高的工序之一。2生产采面粉尘综述2.1生产采面粉尘的产生2.1.1 炮采工作面1）钻眼工序风动凿岩机或煤电钻钻眼是炮采工作面持续时间最长、产尘量很高的的工序。干式钻眼的产尘量约占炮采工作面总产量的80% 90%，湿式钻眼占40

22、% 60%。干式钻眼，炮采工作面的粉尘浓度每平方米可达上千毫克。由此可见，钻眼工序的防尘工作是炮采工作面防尘极为重要的工序2） 爆破工序炮采工作面，爆破工序所用的时间虽比较短，但粉尘浓度比其他工序要高。3） 装岩工序采用爆破采煤的工作面装载时，由于铲斗与矿石摩擦、碰撞，也会产生大量粉尘。2.1.2 机采工作面由于机械化生产采面是大功率采煤机强力采割煤、岩，其产尘量就特别大。由采样测得不采用综合防尘措施时，机采工作面的粉尘浓度为20003000mg/m3，个别高达6000mg/m3左右。可以看出，机采工作面防尘使矿井极为重要的一环。机采工作面产尘的主要环节有采煤机截割头强力截割煤岩、煤岩下落或顶

23、板局部冒落、装运或运载煤岩、机器搬运和淸帮支护，以及通风吹扬起来的粉尘等。 2.1.3 锚喷支护工作锚喷支护的方法按输送混凝土混合料的方式可分为干喷法和湿喷法两种。干喷法是采用压气输送混凝土混合料，并且在喷头处需再次加水与料混合后才喷向井巷表面；湿喷法是采用机械或机械与压气联合输送经过加水湿润的混凝土混合料，可直接喷料支护巷道。干喷法的产尘环节多，但这种喷射方法所使用的喷射体积小、质量轻、移动方便，设备投资少，湿喷法产尘量少，但它所需的设备多，占地大，移动不方便，投资多，现煤矿使用较少，随着锚喷支护的普遍应用，尘害问题越来越突出，其产尘来源主要有提下几个方面。1） 打锚杆眼井巷锚喷支护的锚杆眼

24、，多数与顶板或行帮成一定角度布置。打锚杆眼，多数与顶板或行帮成一定角度布置。打锚杆眼产尘量多，粉尘易于飞扬扩散，难以控制。单台风钻打立眼的粉尘浓度有时可达1000mg/m3。若采用干式打锚杆眼时，其粉尘浓度会更高。2） 转运、拌料和上料锚喷支护，这种方法在施工中，混凝土混合料要进行人工搬运，其装卸、拌料和上料时均会不同程度地产生大量粉尘。作业场所的粉尘浓度有时可高达1000mg/m3左右。3)喷射混凝土在锚喷支护中，喷射混凝土工序产生的粉尘较多，尤其是干式喷射最重。一般情况下，干式喷射法产生的粉尘量为湿式喷射法产尘量的6倍。其原因，干喷法的混合料一般都是在喷头内与水混合，混合的时间极短，只有1

25、/30 1/20s，部分混合料还未被充分湿润就从喷头喷出，产尘量大。另外喷射的速度高达80100m/s，喷到巷道壁会产生冲击，形成大量回弹，产生大量粉尘。3） 喷射机自身矿井使用的喷浆机，由于胶板磨损（使用不当或更换不及时）形成沟槽、间隙，造成漏气产尘，以及排废气空带出粉尘。2.2煤尘防治措施分类2.2.1综合防尘措施在矿井生产采面各生产工序都产生粉尘，这些粉尘随风流飞扬于作业空间。对于这些尘源必须采用有效地综合防尘措施，针对每一道生产工序和环节的尘源，应采取一项和多项措施，达到减少粉尘的产生量、降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘的目的。按照矿井实施的防尘技术，可将防尘措施分为五类。1）

26、 减少粉尘产生的措施减少粉尘产生的措施：减少生产过程中粉尘产生量，即从降低吨煤产尘量或单位时间产尘量入手，降低含尘风流种的粉尘浓度。例如改进采煤机械截齿及分布状态，选用产尘量最小的最佳截割参数，在可能的条件下减少炮眼数量及炸药用量等。预先或在生产过程中采取某种抑制浮游粉尘产生的措施（简称抑尘措施）。例如采取煤层注水或采空区灌水，预先润湿煤体，湿式钻眼，炮眼填塞水泡泥，放炮前后冲洗煤壁、岩帮、出煤、岩洒水等措施。2）降尘措施降尘措施：采用喷雾方法将悬浮与风流中的粉尘降下来，采用喷射泡沫方法将刚产生的浮游粉尘捕捉下来。3）排尘措施排尘措施是采用通风方法把悬浮于风流中的粉尘排出作业场所，或增大风量使

27、作业场所的粉尘浓度得以稀释或降低的措施。例如改善通风方式、方法和采用最佳排尘风速等。4）除尘措施除尘措施是利用除尘器把风流中所含的粉尘捕集下来加以清楚，使风流得到净化的措施。例如机采工作面或锚喷、干钻眼及转载点等处采用的湿式或干式除尘器（捕集器）除尘等。5)个体防尘措施个体防尘措施是利用个人防尘工具把呼吸空气中粉尘过滤下来，使工人吸入净化了的空气，或者采取由作业场所外部输送的清洁压风供工人呼吸。例如佩戴防尘口罩、防尘面罩、防尘帽或压气呼吸器等。2.2.3 防止煤尘引爆的措施防爆措施有：一是在生产过程中防止悬浮煤尘发生爆炸的措施，二是防治沉积于巷道周壁及底板上的煤尘参与爆炸的措施。防尘措施及防止

28、煤尘引燃的防火措施，诸如防止炸药爆燃、电火花、摩擦火花及瓦斯爆炸等，虽然均属于防爆措施的一部分，但通常所讲的防爆措施，主要针对沉积煤尘参与爆炸而采取的措施。主要有：清扫沉积煤尘、冲洗沉积煤尘，撒布岩粉或颗粒状氯化钙及食盐、覆盖或固结沉积煤尘、巷道刷将等措施。2.2.4 隔爆措施隔爆措施是为把已经发生的煤尘爆炸限制在尽可能小的范围内，不让爆炸继续传播下去，以避免酿成更大区域的爆炸灾害所采取的措施。其主要方法有两种：一是采取被动式隔爆方法，如在巷道中设置岩粉棚或水棚等，二是采取自动式隔爆方法，如在巷道中设置自动隔爆装置等。3生产采面减尘理论与技术3.1湿式钻眼的原理与技术风动凿岩机或电煤钻是炮采工

29、作面持续时间最长、产尘率最高的工序。钻眼工序的防尘是炮采防尘中极为重要的工序。3.1.1湿式钻眼的原理在炮采工作面进行钻眼工序时，采用湿式钻眼设备。这样当钻眼设备与煤体接触摩擦时，煤体得到了润湿。浮游粉尘的产生量便会减少。3.1.2湿式钻眼技术1）风钻式湿式钻眼（1）供水方式及降尘效果使用风钻进行湿式钻眼，是国内外炮采作业有效的基本防尘方法。据调查，我国目前约有60%以上的岩巷炮采工作面采用了湿式凿岩。这种方法是在钻眼过程中，将压力水通过风动凿岩机送入孔底，润湿并冲洗炮眼中的粉尘，使其在炮眼中变成尘浆流出炮眼。湿式凿岩用得好的矿井，工作面粉尘浓度可由干钻眼的5001400mg/m3降至410

30、mg/m3，降尘率可达90%以上。湿式凿岩按其供水方式的不同可分为如下两种：中心式供水。中心式供水是在钻机中心装有水针，水针前端插入尾部的中心孔，后端与弯头及供水管连接；凿岩时，打开水阀，压力水经水钎进入炮眼底，润湿和冲洗粉尘。中心供水的降尘效果与供水量有关，供水量越大，降尘效果好，供水量小，降尘效果差。一般认为，供水量4L/min较为合适。中心供水的水压要低于风压98147kPa。如果水压过高，水会进入机膛，冲洗润滑油，使凿岩机运转不正常，降底了凿岩速度。侧式供水。测试供水风钻的结构是钎子尾部装有一个接水的离合器装置，如图31所示，侧式供水风钻，钻眼时供给的压力水不是经过水针，而是在钻机头部

31、通过离合器，并由其内腔经过配水胶皮圈，再经钎尾上的一个小孔进入签子中心孔，然后经钎子头的出水孔到达炮眼底部，使岩尘湿润。由于压力水是从机头旁直接供给，避免了冲孔水倒灌机膛和充气现象的发生，改善了对细粉尘的捕获，能进一步降低作业场所的粉尘浓度和提高纯凿岩速度。侧式供水的水压比中心式供水的水压高，一般控制在294392kPa范围内较为适宜，如果太高，会发生因密闭封圈和钎杆一同转动而漏水现象。图3.1侧式供水风钻与离合器组装示意图1风钻前部 2水套 3胶皮圈 4钻杆 5钎托（2）湿式钻眼设备我国煤矿目前广泛应用的定型湿式钻眼设备，见表3-11。名称气腿式钻眼机冲击旋转支腿式电动钻眼机旋转式岩石电钻型

32、号7655YT-26YTP-26YD-2YDX40A钻研深度/m555545钻孔直径/mm3438343834423645344340钎尾规格（六角对边长）/mm2210822108221082210822或25表3-1 湿式钻眼设备2）煤电钻湿式钻眼在含有夹矸的煤层中中，采用湿式煤电钻钻眼，能获得良好的降尘效果。工作面的粉尘浓度能有电煤钻干钻眼时的53.2140mg/m3降至918mg/m3。降尘效率可达75%90%。3.2煤层注水的原理与技术3.2.1 煤层注水防尘的原理与影响因素1）煤层注水防尘原理煤层注水是在回采前预先在煤层打若干钻孔，通过注入压力水，使其沿着煤层的层理、节理和裂隙向四

33、周扩散，渗入煤的孔隙中增加煤的水分和尘粒间的粘着力，并使煤体塑性增强、脆性减弱，当煤体受外力作用时 , 许多脆性破碎变为塑性形变，大大减少煤体破碎为尘粒的可能性。同时渗到煤体裂隙内的水分，还可以将原生细尘粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力。2）影响煤层注水难易程度的因素煤层注水过程中，水沿着煤体的裂隙及孔隙渗透于媒体的内部，并储存于裂隙与孔隙中，水在煤层中运动的动力是注水压力、煤体自身的毛细血管及水的自重力，阻碍水流动的是裂隙、孔隙的阻力及瓦斯压力。因此影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和孔隙的状态，及煤的坚固性系数等因素。煤的透水性与煤的裂隙发育程度、裂隙排列方向有密切关系，衡量透水性用

34、渗透系数来表示。一般节理裂隙越发育，渗透系数越大，渗透性越好，越容易注水。另一方面，煤是含有大量孔隙的物质，煤的孔隙间基本上是连通的。不同自然条件的煤种其煤体内的孔隙、发育程度及孔径都不同。衡量孔隙发育程度用孔隙率来表示。孔隙率是孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。国外对烟煤的研究资料表明，当孔隙率小于4%时，透水性良好，能注水；当孔隙率达到15%时，透水性就极好，注水润湿效果非常明显。此外，煤的透水性还与煤的坚固系数f及煤的上覆岩层压力有关。f较小时，透水性好，易于注水，反之则难于注水。若煤层上覆岩层的压力增大，煤的孔隙率则会减小，从而降低煤的透水性。综上所述，煤层注水的难易程度与煤的裂隙、煤

35、的孔隙、煤的坚固性及变质程度等因素有关，为了具体表示煤层的透水性及湿润性，根据压力梯度及钻孔单位面积的吸水量，提出了衡量注水难易程度的综合指标2，即 ，cm/（） (3-1)式中 ， 衡量煤层注水难易程度的综合指标； 初始（最大）注水压力，MPa； 压力为时注水连续时间，s； 钻孔吸水的表面积，； Q 一个钻孔的吸水量，。3.2.2 煤层注水方式及选择煤层注水方式是表明钻孔长度、位置和方向的概念，一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水等几种方式。各种注水方式及其优缺点和使用条件（见表3-22）。注水方式应根据煤层的赋存条件、回采技术、注水设备条件、各种注水方式的使用条件以及注水方式与岩层压力的关系

36、进行选择。注水方式与生产采面前方应力分布关系如图3.2所示图3.2注水方式与生产采面应力分布关系3.2.3长钻孔煤层注水技术工艺1）钻孔参数（1）钻孔直径。采用岩石电钻打孔时，钻孔直径比较小，而采用钻机打孔时，钻孔直径越大，钻孔直径一般在4460mm之间。对软而易碎煤层采用小直径钻孔；硬煤层可采用较大直径钻孔。采用封孔器封孔式，应按封孔器的要求确定钻孔直径，当采用水泥沙封孔时，应按封孔器的要求表3-2 煤层注水方式、优缺点及适用条件注水方式优缺点适用条件长孔注水优点： 润湿区域大 注射时间长、润湿均匀 注水与生产无干扰 经济缺点： 打钻技术较复杂 地质条件的变化适应差，易 穿顶、底板，不仅难以

37、达到设计 长度，而且还影响正常注水 封孔比较复杂 长孔注水是较好的注水方式，选择时应优先考虑，特别是回采强度大，地质条件好的中厚煤层更适宜这种注水方式。但当地质条件变化大时，本方式受到较大限制。短孔注水优点 地质条件适应性强 注水设备、工艺、技术均较简单缺点 钻孔多，润湿范围小 封孔繁而不易严密，易跑水 注水与生产采面其他工序相互干扰有走向断层或倾角不稳定的煤层；煤层较薄及围岩有吸水膨胀性质而影响顶板管理时，采用这种方法最为合适。深孔注水优点适应围岩吸水膨胀性钻孔小，润湿范围大而均匀。缺点技术设备复杂，钻孔数量多。该方式适应于采煤循环中，有准备班，每周有公休日，以便在此期间进行注水工作巷道注水

38、优点 钻孔少，润湿范围大 润湿效果好缺点 岩石钻孔工作量大 打钻困难、不经济 有时因临近层巷道破坏影响注水工作正常进行。注水煤层的上、下不要有现成的巷道，且其他条件适宜时。该方法现场采用少。 确定钻孔直径，当采用水泥沙浆封孔，人工灌浆等方法封孔时，封孔段的直径应扩大至80110mm，一般为90mm。（2）钻孔长度。钻孔长度根据工作面的长度和煤层透水性来确定。钻孔长度受钻机能力、煤层倾角、厚度、构造、夹矸情况及技术因素的影响，往往达不到设计长度。钻孔长度按下式2计算：单项钻孔布置式 ，m （3-2）式中， 工作面长度，m 与煤层透水性和钻孔方向有关的系数，向上钻孔注水时，取=20；下向钻孔注水时

39、、透水性弱的煤层取=20m；透水性极强的可取 ，m双向钻 ，m （3-3）（3）钻孔间距。钻孔间距可根据煤层润湿半径来计算，合理的钻孔间距一般通过实验来确定。我国矿井注水的间距大多为1025m,设计时可按1520m考虑。（4）钻孔角度。钻孔角度原则上与煤层倾角保持一致，使钻孔始终保持在煤层中，以避免穿透顶底板，考虑到钻杆的下沉，开口位置应选在煤层上部，钻孔倾角可按下式2计算： ，（） （3-3）式中， 煤层倾角，（）； 钻杆最大下沉角，（）； （3-4）式中， 钻杆下沉距离，m； 钻孔长度，m； 钻杆下沉率，一般为0.3%0.5%，倾角大的硬煤煤层及刚度大而每米质量小的钻杆，下沉率较低；反之则

40、高； 打向上钻孔取“+”；打向下钻孔取“”。2）注水工艺（1）注水系统静压注水系统。静压注水系统比较简单，单孔或多孔注水，只需将每个孔中的注水管通过胶管和阀门连接在供水管路上可进行注水，为了记录每个钻孔的注水量和注水压力，可在胶管中间安装高压流量表和压力表。静压注水的布置方式如图3.3所示。图3.3 静压注水系统示意图1三通 2水管 3截止阀 4水表 5压力表 6封孔器7注水管动压注水系统。当静压满足不了注水压力的要求时，要设泵增压。增压方式可根据整个矿井或某个区域增压。动压注水系统有单孔或多孔注水系统，现在广泛采用多孔注水系统。多孔注水时通过分流器的调节，可使各钻孔的注水量基本相等。总注水量

41、由高压水表测出，钻孔的注水压力由压力表测出。进入注水系统的水必须经过过滤无杂质。（2）注水量按水分的增加值按下式2计算 ， (3-5)式中 ， Q 一个钻孔注水量，； B 孔间距，m； L 工作面长度，m； M 煤层厚度，m； 每平方米煤的质量，； 注水后要求达到的水分，%；一般取5%； 注水前煤层原有的水分，%； K考虑吸收水分，水的流失和注水不均匀系数，一般取1.52.0。按钻孔长度为基准进行按下式2计算 考虑到注水钻孔的长短，按下式2计算： （3-6）式中， 煤体注水钻孔长度，m； 一般取1.11.5；q 吨煤注水量，它应根据注水时水分流失率，煤的孔隙率，煤层原有水分等确定。一般中厚煤层

42、取q = 0.015 0.03；厚煤层取q=0.025 0.04。机采工作面及水分流失率的煤层取上限，炮采工作面及水分流失低，煤层原水分高的取下限。按吨煤注水量计算 （3-7）3.2.4 短孔注水技术工艺1）钻孔参数（1）钻孔直径钻孔直径根据封闭孔胶管直径而定，一般为4255mm，有时钻孔直径等于炮眼直径，以便共用钻眼工具。（2)钻孔长度打钻注水每天在准备班进行，故钻孔长度等于日进度再加0.25的富裕量。（3）钻孔间距钻孔间距取决于短孔的润湿半径，孔间距一般在钻孔长度的11.5倍。2）注水工艺（1）注水系统静压注水。用胶管把封闭器、截止阀、水表、压力表串联起来，并将胶管与回风巷或运输巷的供水管

43、路连接起来即可进行短壁注水，根据注水量和注水时间，可采取单孔和双孔注水。动压注水。当静压注水不能满足要求时，可采用动压注水。通过增设水泵来加大水压。（2）注水量短孔的注水量按下式2计算 （3-7）式中， 每空注水量；L； 漏水系数，取； 钻孔长度，m； 钻孔间距，m； 煤层开采厚度，m； 每立方米煤体的注水量，取25。4生产采面降尘理论与技术煤矿采煤作业一般有机采和炮采两种方式，这两种作业方式都非常容易产生高浓度粉尘。即使采取了预先防尘措施（湿式钻眼、煤层注水）也不能放松生产采面的防尘工作。采取合理的降尘措施降低机采、炮采作业工序产生的煤尘保证井下工作面良好的作业环境。是每一个矿井必做的工作。

44、4.1喷雾降尘理论与技术4.1.1喷雾降尘的原理与分类 1）喷雾降尘的机理一般来讲，喷雾降尘的机理为：惯性碰撞、重力沉降、拦截捕尘与扩散捕集。喷雾喷出的液体雾粒与固态尘粒发生惯性碰撞，在惰性凝结过程中使尘粒湿润，自重增加且沉降，称为重力沉降。另外，由于流线不能突然折转，当风流携带尘粒向水雾粒运动并离雾粒不远时就要开始绕流水雾运动。风流中质量较大、颗粒较粗的尘粒因惯性作用会脱离流线而保持向雾滴方向运动。如不考虑尘粒的质量，则尘粒将和风流同步，因尘粒有体积，粉尘粒质心所在流线与水雾粒的距离小于尘粒半径时，尘粒便会与水雾滴接触被拦截下来，使尘粒附着于水雾上，这就是拦截捕尘作用。对细微粉尘，特别是直径小于 0.15的粉尘，由于布郎扩散作用，可能被水雾粒捕集，称为扩散捕集。上述综合作用，就是喷雾降尘机理。2）喷雾方式分类采用喷雾的方法对降低生产采面的粉尘浓度时既简单又有效的措施，国内很多煤矿都采用这种措施。目前，喷雾降尘的方法主要有以下两种。（1）单水喷雾所谓单水喷雾，就是采用单一的压力水进行喷雾降尘。这种喷雾方法按其压力的高低和控制方式的不同，有以下几种喷雾降尘系统和自动控制装置。高