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1、目 录1 绪 论31.1 矿尘及其性质31.2 矿尘的危害31.3 影响矿尘产生量的因素41.4 矿尘性质52 现代化矿山综合防尘技术原理82.1 物理化学降尘技术原理82.2 通风除尘92.3 湿式作业112.4 净化风流132.5 个体防护133 煤矿粉尘测定与分析143.1 粉尘性质分析153.2 粉尘的物理特性164 除尘方案确定的原则194.1 除尘系统的选择194.2 除尘设备的选用215 掘进工作面防尘设计245.1 工程概况245.2 煤层及瓦斯245.3 掘进工作面尘源及粉尘性质分析245.4 掘进工作面除尘设计266 技术经济分析426.1 投资费用426.2 系统的经济性
2、分析43结论44致谢44参考文献44摘 要掘进工作面是煤矿最主要的产尘点之一。随着机械化掘进程度的不断提高，巷道断面的不断加大，采用单一的降(除)尘技术和措施越来越不能满足生产的需要。本论文的论题是掘进工作面的综合除尘设计。它主要讲采掘机截割粉尘的成因及控制方法的研究。论文从掘进工作面粉尘的构成入手，确定了掘进工作面粉尘产生的根源-截割产尘.通过对截齿破煤机理,煤层性质, 截齿类型与参数,工作机构结构与参数,掘进机工作方式等方面的研究,以及对大量的粉尘检测数据的收集,分析,建立了掘进机截割粉尘间的关系。关键词：呼吸性粉尘 浮游矿尘 沉积矿尘 矿尘粒度 矿尘的分散度 矿尘的湿润性 最低排尘风速
3、最优排尘风速 比表面积1 绪 论1.1 矿尘及其性质矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为：采煤工作面产尘量占4580；掘进工作面产尘量占2038，锚喷作业点产尘量占1015；运输通风巷道产尘量占510，其他作业点占25。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘、烟尘、水泥尘等
4、多种有机、无机粉尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。111按矿尘粒径划分（1）粗尘：粒径大于40um，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。（2）细尘：粒径1040um，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。（3）微尘：粒径0.2510um，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。（4）超微尘：粒径小于0.25um，要用电子显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。112按矿尘的存在状态划分（1）浮游矿尘：悬浮于矿内空气中的矿尘，简称浮尘。（2）沉积矿尘：从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称落尘。浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化。浮尘在空气中飞扬的时间不仅与尘粒的大小
5、、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。113按矿尘的粒径组成范围划分（1）全尘(总粉尘)：各种粒径的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为1mm以下的尘粒。（2）呼吸性粉尘：主要指粒径在5um以下的微细尘粒，它能通过人体上呼吸道进入肺区，是导致尘肺病的病因，对人体危害甚大。1.2 矿尘的危害矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面：121污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。工人长期吸入矿尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病，而尘肺病引发矿工致残和死亡人数在国内外都十分惊人。据我国某矿务局统计，尘肺病的死亡人数为工伤事故死亡人数的6倍；联邦德国煤矿死于尘肺病的人数比工伤
6、事故死亡人数大10倍。1.2.2 某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸。煤尘能够在完全没有瓦斯存在的情况下爆炸，对于瓦斯矿井，煤尘则有可能参与瓦斯同时爆炸。煤尘或瓦斯煤尘爆炸，都将给矿山以突然性的袭击，酿成严重灾害。123加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。随着矿山机械化、电气化、自动化程度的提高，矿尘对设备性能及其使用寿命的影响将会越来越突出，应引起高度的重视。124降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。在某些综采工作面割煤时，工作面煤尘浓度高达40008000/m3，有的甚至更高，这种情况下，工作面能见度极低，往往会导致误操作，造成人员的意外伤亡。此外，煤矿向大气排放的粉尘对矿
7、区周围的生态环境也会产生很大影响，对生活环境、植物生长环境可能造成严重破坏。1.3 影响矿尘产生量的因素影响矿尘产生量的因素主要包括以下两个方面：1.3.1 自然因素（1）地质构造地质构造破坏严重的地区，断层、褶曲比较发育，煤岩较为破碎，矿尘的产生量大。（2）煤层赋存条件 同样技术条件下，开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量大；开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的产尘量多。（3）煤岩的物理性质节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩，开采时产尘量较大；反之则小。1.3.2 生产技术因素 （1）采煤方法 不同的采煤方法，产生量也不一样。如：急倾斜煤层采用倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量要大的多；全部冒落
8、法管理顶板比充填法管理顶板产尘量要大。（2）机械化程度 机械化程度越高，煤岩破碎程度越严重，产尘量就越大。（3）开采强度 随着开采强度的加大，采掘推进速度加快，产量增加，产尘量将显著加大；同时，由于矿井的风量加大，风速加快，扬起积尘且飘浮时间长，传播远，矿内空气中的矿尘浓度将增大。 （4）开采深度 随着开采深度的增加，地温增高，煤（岩）体内原始水分降低，煤（岩）干燥，开采时产尘量就大。（5）通风状况 风速太小，不能将浮尘带出矿井。风速过大，又将积尘扬起。单从降尘角度考虑，工作面风速以1.21.6m/s较好，产尘最少。1.4 矿尘性质1.4.1 矿尘中游离SiO2的含量矿尘中游离SiO2的含量是
9、危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。游离SiO2是许多矿岩的组成成分，如煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量10%80%不等，通常多在20%50%，煤尘中的含量一般不超过5%。1.4.2 矿尘的粒度和分散度（1）矿尘粒度：是指矿尘颗粒的平均直径，单位为um。煤岩破碎成微细的尘粒后，其总表面积有很大增加，因而化学活性、溶解性和呼附能力明显增加；其动力特性是更容易悬浮于空气中；粒度减小使其容易进入人体呼吸系统。据研究，只有5um以下粒径的矿尘才能进入人的肺内，是矿井防尘的重点对象。不同粒径的尘粒在呼吸道和肺脏组织的阻留率如图2-1所示。鼻气管及支气管肺部尘径（m）沉积率
10、（%）图2-1 不同粒径的粉尘在人的呼吸部位的沉积情况（2）矿尘的分散度：是指矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法：重量百分比：各粒级尘粒的重量占总重量的百分比称为重量分散度；数量百分比：各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比称为数量分散度。粒级的划分是根据粒度大小和测试目的确定的，我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级：小于2um、25um、510um和大于10um。矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。矿尘组成中，小于5um的尘粒所占百分数越大，对人体的危害越大。1.4.3 矿尘的湿润性矿尘的湿润性是指矿尘与液体亲和的能力。湿润
11、性决定了采用液体除尘的效果，容易被水湿润的矿尘称为亲水性矿尘，不容易被水湿润的矿尘称为疏水性矿尘，对于亲水性矿尘，当尘粒被湿润后，尘粒间相互凝聚，尘粒逐渐增大、增重，其沉降速度加速，矿尘能从气流中分离出来，可达到除尘目的。1.4.4 矿尘的荷电性矿尘是一种微小粒子，因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是正电荷，也可是负电荷，带有相同的电荷的尘粒，互相排斥，不易凝聚沉降；带有异电荷时，则相互吸引，加速沉降。湿式除尘就是利用矿尘的湿润性从空气中分离矿尘的。15矿山尘肺病151尘肺病及其发病机理新的尘肺病诊断标准中规定的尘肺病的定义是：“尘肺病是由于在职业活动中长期吸入生
12、产性粉尘并在肺内滞留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病。”它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈，且因发病缓慢病程较长，不同于煤尘、瓦斯爆炸事故一次伤害严重，常不易被人们所重视。实际上尘肺病引起的致残和死亡人数，在国内外都十分惊人。从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（2005.4）获悉：我国的职业病危害形势十分严峻，职业病防治工作与我国快速发展的经济形势极不适应。我国有毒有害企业超过1600万家，受到职业危害的人数超过2亿。2003年全国报告各类职业病发病数为10467例，其中尘肺病发病数占了80%。上世纪50年代以来我国报告累计尘肺病例58万多人，已死亡1
13、4万多人，现患者44万多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低，报告不全，专家估计实际发病要比报告的例数多10倍，尘肺实际发生的病例数不少于100万例。有关尘肺的危害在国内外的很早的史料都有记载，如北宋（960-1127）孙平仲在所著谈苑中指出，“后苑银作镀金，为水银所熏，头首俱颤；卖饼家窥炉，目皆早昏；贾谷山采石人，石末伤肺，肺焦多死”；欧洲文艺复兴后期工业迅速发展后西方矿冶书籍中也有矿工“痨病”之词；17世纪早期解剖学著作中有“切石之死于哮喘，解刀入肺似入沙石”之说。1511尘肺类的分类（1）硅肺病（矽肺病），由于吸入含游离SiO2含量较高的岩尘而引的尘肺病称为硅肺病。患者多为长期从事岩巷掘
14、进的矿工。（2）煤硅肺病（煤矽肺），由于同时吸入煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅肺病。患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。（3）煤肺病，由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。其发病工龄最短（一般在10年左右），病情发展快，危害严重。煤肺病的发病工龄一般为2030年，煤硅肺病介于两者之间但接近后者。我国的煤矿尘肺病中以煤硅肺病比重最大，约占80%左右，单纯的硅肺、煤肺病较少。1.5.1.2尘肺病的发病机理尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。但游离SiO2是硅
15、肺病发病的最主要原因，这一点毫无疑义。试验和研究证明，新鲜的二氧化硅粉尘，表面活性很强，吞噬了硅尘的吞噬细胞，能使吞噬细胞崩解死亡。从免疫因素角度看，吞噬细胞吞噬异物后，在细胞体内形成吞噬体，细胞内的初级溶酶体与吞噬体结合成次级溶酶体，次级溶酶体中的各种水解酶，能消化外来异物，对未消化完全的物质成为残余体暂保留在细胞内或被排出细胞外。如果肺内进入了游离二氧化硅粉尘，则尘细胞在其毒性作用下往往很快崩解死亡，从崩解逸出的硅尘，可再由被具有活力的吞噬细胞吞噬，这个过程可反复进行。所以在游离二氧化硅粉尘的作业环境，暴露连续时间长或粉尘浓度过量的环境条件，除肾脏的防卫功能受到破坏外，大量的死亡含尘细胞堆
16、积，在肺部形成伤痕组织即硅肺病。煤肺病的发病原理，大体上是由于煤尘过量的在肺内各部位的聚集和堆积，随着时间进展，网状纤维增生，并可能有胶原纤维增生，最终形成煤尘纤维化即煤肺病。152尘肺病的发病症状及影响因素1521尘肺病的发病症状从自觉症状上尘肺病分为三期：第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚至咯血和行动困难。1522影响尘肺病的发病因素（1）矿尘的成分。能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiO2，其含量越高，发病工龄越短，病变的发展程度越
17、快。（2）矿尘粒度及分散度。尘肺病变主要是发生在肺脏的最基本单元即肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5um以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5um以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2um左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害就越大。（3）矿尘浓度。尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，也就是说，尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。（4）个体方面的因素。矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的，所以人的机体条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发展有一定的影响。随着国家改革开放的深入，国际上通行的职业健康体系
18、也逐步在我国得到推广。职业病的危害也日以被广大从业者、社会、政府所重视。在各个工作现场都采用了减少粉尘产生、降尘、排尘、 除尘、个体防尘等措施，相信我国煤矿尘肺病患者会越来越少2 现代化综合防尘技术原理2.1 物理化学降尘技术原理 自20世纪60年代在国外井下矿山应用表面活性剂降尘以来，物理化学降尘技术得到了迅猛发展。中国是从20世纪80年代开始试验并推广应用湿润剂等物理化学降尘技术的，目前已在井下进行实验与应用的物理化学防尘方法主要有：水中添加湿润剂降尘、泡沫除尘、磁化水降尘及粘尘剂降尘等。211添加湿润剂降尘在以水为主体的湿式综合防尘中，因粉尘具有一定的疏水性，水的表面张力又较大，对2um
19、粒径粉尘捕获率只有128左右，2um粒径以下的粉尘捕获率更低，为了提高水对呼吸性粉尘的捕获率，国内外很重视湿润剂除尘的研究，取得了一定进展，且应用日益广泛。添加湿润剂除尘机理：湿润剂是于亲水基和疏水基两种不同性质基团组成的化合物，溶于水后其分子完全被水分子包围，亲水基端被水分子吸引，疏水基一端被水分子排斥，在水溶液表面形成界面吸附层，而使水与空气接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时伸向空气的疏水基与粉尘粒子之间有吸附件用，而把尘粒带入水中，得到充分湿润。添加湿润剂还可应用于其它各种湿式作业生产环节，如用于喷雾降尘。2.1.2 泡沫除尘20世纪70年代中期，英国最先开展有关泡沫除尘的研究
20、，此后，美国、前苏联、前西德、日本等国相继进行了试验与研究，取得了一定的成果。近年来，中国已在潞安、汾西、铁法等矿务局进行了研究与试验，取得了良好效果。泡沫除尘原理：利用表面活性剂的特点，使其与水一起通过泡沫发生器，产生大量的高倍数的空气机械泡沫，利用无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源。泡沫除尘原理包括拦截、粘附、湿润、沉降等，几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，尤其对微细粉尘具有更强的聚集能力。泡沫的产生有化学方法和物理方法两种，除尘的泡沫一般是物理方法的，属机械泡沫。泡沫除尘可应用于综采机组、掘进机组、带式运输机以及尘源较固定的地点，一般泡沫除尘效果较高，可达90%以上，尤其是对降低呼吸性粉尘效果显
21、著。213磁化水降尘目前，国内外对水系磁化技术的应用日趋广泛，水系磁化这门边缘学科引起各领域的高度重视。前苏联最先进行了磁化水除尘试验，并与常水降尘率进行了对比，其平均降尘率可提高8.15%21.08% 。中国是从20世纪80年代开始在井下进行有关实验研究的。磁化水降尘原理：水经磁化后，物理化学性质可发生暂时的变化。水的粘度减低，吸附能力、溶解能力及渗透能力增加，再加上水珠变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，提高降尘效率。磁化水除尘优点包括：设备简单、安装方便、性能可靠，成本低，易于实施。除上述理化除尘方法外，国内外一些粉尘研究部门还在探讨超声波除尘、电离水除尘、荷电水雾降尘技
22、术等，均取得了一定的进展和成效。通过以上的实习内容,就煤矿综合除尘来说.矿山综合防尘是指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、降低空气中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。多年来我国煤矿一直侧重于对矿尘污染的末端治理，多采用以风水为主的防尘技术措施，随着科学技术的飞速发展，认识到从矿尘的源头抓起，控制矿尘源并减少矿尘源的产生以及实行生产的全过程控制是解决矿尘问题的根本途径。首先必须改革工艺设备和工艺操作方法，从根本上杜绝和减少有害物的产生以消除或控制尘源。在此基础上再采用合理的通风除尘措施，建立严格的检查管理制度，这样才能有效地防治粉尘。大体上煤矿目前综合防尘技术措施包括技术措
23、施和组织措施两个方面，其基本内容为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施；科学管理、建立规章制度，加强宣传教育，定期进行测尘和健康检查。下面主要讨论有关技术措施方面的内容。2.2 通风除尘通风除尘是指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度，因此搞好矿井通风工作能有效地稀释和及时地排出矿尘。决定通风除尘效果的主要因素是风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。风速过低，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不易排出；风速过高，能将落尘扬起，增大矿内空气中的粉尘浓度。因此，通风除尘效果是随风速的增加而逐渐增加的，达到最佳效果后，如果再增大风速，效果又开
24、始下降。排除井巷中的浮尘要有一定的风速。我们把能使呼吸性粉尘保持悬浮并随风流运动而排出的最低风速称为最低排尘风速。同时，我们把能最大限度排除浮尘而又不致使落尘二次飞扬的风速称为最优排尘风速。一般来说，掘进工作面的最优风速为0.40.7m/，机械化采煤工作面为1.52.5m/。规程规定的采掘工作面最高容许风速为4m/，不仅考虑了工作面供风量的要求，同时也充分考虑到煤、岩尘的二次飞扬问题。随着掘进机械化水平的提高，掘进工作面的瓦斯涌出量和产尘量急剧上升，单一的压入式通风方式将会使大量的粉尘吹出工作面，造成有人工作的巷道及回风系统被严重污染，直接影响着工人的身体健康。由工作面吹出来的粉尘逐渐沉积下来
25、也是矿井安全的一大隐患。故单一的压入式通风方式已不能适应除尘要求。可采用以下两种通风除尘系统：长压短抽通风除尘系统和长抽通风除尘系统。221长压短抽除尘系统该系统以压入式通风为主，在工作面附近以短抽方式将工作面的含尘空气吸入除尘器就地净化处理（如图1-1）。这种系统的优点是：通风设备简单，风筒成本低，管理容易；新鲜风流呈射流状作用到工作面，作用距离长，容易排除工作面局部瓦斯积聚和滞留粉尘；通风和除尘系统相互独立，在任何情况下不会影响通风系统正常工作，安全性能好等。缺点是：巷道内仍有一。定程度的粉尘污染，除尘设备移动频繁。这种系统主要适用于机械化掘进工作面。2.1.1长抽通风除尘系统该系统以长距
26、离抽风的方式将工作面的含尘空气抽出，经安置在巷道回风流中的除尘局部通风机净化排至巷道。如果回风巷是不行人的巷道，便可改用抽出式局部通风机直接将含尘风流抽入回风流，如图1-2所示。长抽通风除尘系统又可分为以下两种形式：（1）前抽后压通风除尘系统，如图1-3所示，主要适用于机掘工作面。（2）前压后抽通风除尘系统，如图1-4所示，主要适用于炮掘工作面，对锚喷支护巷道效果甚好。长抽通风除尘系统具有进入巷道的新鲜风流不受污染、劳动条件好的优点。其缺点是：抽出式风筒大，成本高，阻力大，要求局部通风机风量大、负压高；风筒中会产生粉尘沉积和积水现象，维护管理较复杂；风筒进风口的抽风作用范围小。图1-1 长压短
27、抽通风除尘系统 图1-2 长抽通风除尘系统1 长压局部通风机； 2除尘局部通风机；lr压入式风筒口距工作面的距离； 1除尘局部通风机lc抽出式风筒口距工作面的距离；ld压入式风筒口与除尘器重叠段距离 图1-3 前抽后压通风除尘系统 图1-4 前压后抽通风除尘系统1除尘局部通风机； 2压入式局部通风机1除尘局部通风机； 2压入式局部通风机2.2.1.3 通风工艺要求（1）压、抽风筒口相互位置的关系，包括：长压短抽时：lr5S（S为巷道段面积）；ld2S；lc4m。前抽后压时：lr5S（S为巷道段面积）；ld一般1020m；lc4m。前压后抽时：lr5m；ld一般1020m；lc30m。（2）压、
28、抽风量的配合，包括：长压短抽时：压入式风筒出口风量应比抽出式风筒入口风量大20%30%，以保证工作面不出现循环风。长抽短压时：抽出式风筒入口风量应比压入式风筒出口风量大20%50%，以保证重叠段区域内巷道的风速不低于煤矿安全规程的规定。抽出风量是保证吸尘效果的主要参数，抽出风量大，对工作面的排尘效果好；反之，会影响工作面的排尘效果。一般根据除尘和工作面通风的需要，综合考虑压、抽风量。（3）长压局部通风机和长抽除尘局部通风机的安装位置，包括：长压局部通风机应安装在掘进巷道口进风侧，距巷道口的距离大于10m。长抽或长抽短压除尘局部通风机应安装在掘进巷道回风侧，距巷道口距离大于10m。当以排除瓦斯为
29、主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风；而当以排除粉尘为主的井筒掘进时，宜采用抽出式通风。2.3 湿式作业湿式作业是利用水或其它液体，使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量，除缺水和严寒地区外，一般煤矿应用较为广泛，我国煤矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，配合喷雾洒水、水封爆破和水炮泥以及煤层注水等防尘技术措施。231湿式凿岩、钻眼该方法的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。在
30、煤矿生产环节中，井巷掘进产生的粉尘不仅量大，而且分散度高，而掘进过程中的矿尘又主要来源于凿岩和钻眼作业。据实测：干式钻眼产尘量约占掘进总产尘量的8085，而湿式凿岩的降尘率可达90左右，并能提高凿岩速度1525。因此，湿式凿岩、钻眼能有效降低掘进工作面的产尘量。232洒水及喷雾洒水洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。当矿尘被水湿润后，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，附着性增强，矿尘就不易飞起。在炮采炮掘工作面放炮前后洒水，不仅有降尘作用，而且还能消除炮烟、缩短通风时间。煤矿井下洒水，可采用人工洒水或喷雾器洒水。对于生产强度高、产尘量大的设备和地点，还可设自动洒水装置
31、。多用于湿式凿岩、湿式钻眼等作业和煤岩的装、运作业。喷雾洒水是用水捕捉悬浮于空气中矿尘的技术措施。喷雾洒水的工作机理是：将压力水通过喷雾器（又称喷嘴），在旋转或（及）冲击的作用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中；在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，在重力作用下下沉；高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。影响喷雾洒水捕尘效率的主要因素包括雾体的分散度、水滴与尘粒的相对速度、水压、单位体积空气的耗水量、粉尘的密度、空气含尘浓度和粉尘的湿润性等。主要包括采掘机械的内、外喷雾洒水和井巷定点喷雾洒水。掘进机喷雾洒水掘进机
32、喷雾分内外两种。外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾则通过掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬间将其抑制。掘进机的外喷雾采用高压喷雾时，高压喷嘴安装在掘进机截割臂上，启动高压泵的远程控制按钮和喷雾开关均安装在掘进机司机操纵台上。掘进机截割时，开动喷雾装置；掘进机停止工作时，关闭喷雾装置。233水炮泥和水封爆破水炮泥就是将装水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼内，爆破时水袋破裂，部分水借助于爆破产生的压力压入煤层裂隙中湿润煤体，部分水在高温高压下汽化；放烟后，温度降低，水蒸气冷却成雾滴，碰撞、湿润尘粒，从而达到降尘的目的。采用水炮泥比单纯用土炮泥时的矿尘浓度低20%50
33、，尤其是呼吸性粉尘含量有较大的减少。水炮泥的塑料袋是用无毒、不燃的聚乙烯塑料薄膜热压成型的，有一定的强度。水袋封口是关键，目前使用的自动封口水袋。装满水后，和自行车内胎的气门芯一样，能将袋口自行封闭。水封爆破是将炮眼的爆药先用一小段炮泥填好，然后再给炮眼口填一小段炮泥填好，两段炮泥之间的空间，插入细注水管注水，注满后抽出注水管，并将炮泥上的小孔堵塞。2.4 净化风流净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获的技术措施。目前使用较多的是水幕和湿式除尘装置。241水幕净化风流水幕是在敷设于巷道顶部或两帮的水管上间隔地安上数个喷雾器喷雾形成的，如图1-5所示。喷雾器的布置应以水幕布
34、满巷道断面为原则，并尽可能靠 近尘源，缩小含尘空气的弥散范围。 净化水幕应安设在支护完好、壁面平整、无断裂破碎的巷道段内。一般安设位置为：矿井总入风流净化水幕：距井口20100m巷道 内； 图1-5 巷道水幕示意采区入风流净化水幕：风流分叉口支流里侧2050m巷道内； 采煤回风流净化水幕：距工作面回风口1020m回风 掘进回风流净化水幕：距工作面3050m巷道内；巷道中产尘源净化水幕：尘源下风侧510m巷道内。水幕的控制方式可根据巷道条件，选用光电式、触控式或各种机械传动的控制方式。选用的原则是既经济合理又安全可靠。在徐州董庄矿曾做过试验，在距掘进工作面20、40和60 m处各设了一道水幕，工
35、作面含尘风流经第一道水幕后降尘率为5960.5，经第二道水幕后降尘率为78.280，经第三道水幕后，矿尘浓度只有0.78mgm3，降尘率达到98.6。 242湿式除尘装置除尘装置（或除尘器）是指把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装量，又称集尘器或捕尘器。根据是否利用水或其他液体，除尘装置可分为干式和湿式两大类。煤矿一般采用湿式除尘装置，其工作原理是通过尘粒与液滴的惯性碰撞进行除尘。2.5 个体防护个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。个体防护的用具主要有防尘口罩、防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器等，其目的是使佩戴者能呼吸净化后的清洁空气而不影响正常工作。矿井要
36、求所有接触粉尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是：阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野，普通纱布口罩阻尘率低，呼吸阻力大，潮湿后有不舒适的感觉，应避免使用。防尘安全帽防治效果较好，它可以截留99%以上的粉尘。此外压风呼吸器是一种隔绝式的新型个人和集体呼吸的防护装置。它利用的矿井压缩空气，在经离心力作用脱去油雾和活性炭吸附过滤等净化过程后，经减压阀同时向多人均衡配气以供呼吸。个体防护不可以也不能完全代替其他防尘技术措施。鉴于目前绝大部分矿井尚未达到国家规定的卫生标准的情况，采取一定的个体防护措施是必要的。目前，传统的内外喷雾除尘技术还存在着可靠性低效果差等问题，而体
37、积庞大的巷道除尘风机又因结构复杂，占用工作面面积的空间大，费用高而难以在只有中小断面的我国广泛使用；降尘技术随使部分粉尘降于地面，但是爆破和其他震动冲击仍能使大量粉尘在短时间内飞扬，达到爆炸浓度而发生爆炸；而为了减少落尘的爆炸性危害而采取的防爆措施，无疑会使生产成本增加。在这五类防尘措施中，减尘措施是防尘工作治本性措施，是实现粉尘浓度达到国家标准的根本措施，在矿井防尘技术措施中应优先考虑采用。 3 煤矿粉尘测定与分析为能有效治理粉尘危害，必须对掘进工作面的粉尘进行全面测定与分析，具有实际意义的是粉尘在各生产状况下实际产尘强度，最终是以某个时间、空间及设备的工作状态所产生的尘量为基本参数。对于本
38、设计负责的8个滤膜的产尘量为4.16g/d，每天一班，每班8小时，那么产尘强度为4.16/8=0.52g/h，又因为8个滤膜，6个是8cm长的并且大小等相同，另外2个是9cm长的，也相同，按照一定的分配原则，8cm长的的发尘强度为0.036g/h，9cm的为0.04g/h。8个滤膜的粉尘分散度如下页表所示：从表中可以看出，滤膜的粉尘颗粒比较细微，表内统计说明220m以上的粉尘的分散度约为60%80%。这些参数为治理方案的确定、设备的选型起这重要的作用。表3-1 滤膜的粉尘分散度项目测试地点粒径范围 m 相应分散度225510102020掘进工作面1点出194523103掘进工作面2点出1538
39、30143掘进工作面3点出183230146掘进工作面4点出253128124掘进工作面5点出242822197掘进工作面6点出173825137掘进工作面7点出193330126掘进工作面8点出233724106在煤矿作业环境中没有除尘设备所测的粉尘浓度、各生产环节产生的浮游矿尘比例，从数据上分析说明5m以下的呼吸性粉尘的分散度约为2038。这对人体有很大的危害。（如下表数据所示）煤矿各种作业环境中的粉尘浓度采掘方式防尘措施粉尘浓度（mg/m3）风镐落煤无800左右炮采无300-500机采无1000-3000综采无4000以上炮掘无1300-1600机掘无2000-3000各生产环节产生的浮
40、游矿尘比例作业环节百 分 数（）采煤工作面产尘量 4080 掘进工作面产尘量 2038 锚喷作业点 1015 运输通风巷道 510 其他作业点 25 3.1粉尘性质分析对粉尘性质的进一步研究对以后设计中除尘方案的确定及除尘设备的选用有重大意义。3.1.1粉尘的分类1）按物质组成分类 粉尘可分为有机尘、无机尘、混合尘。有机尘包括植物尘、动物尘、加工有机尘；无机尘包括矿尘、金属尘、加工无机尘等。本次设计就是属于无机尘。2）按粒径分类 按尘粒大小或在显微镜下可见程度粉尘可分为：粗尘，粒径大于40m，细尘，粒径1040m，在明亮光线下肉眼可以看见；显微尘，粒径0.2510m，用光学显微镜可以观察；亚显
41、微尘，粒径小于0.25m，需用电子显微镜才能观察到。不同粒径的粉尘在呼吸器官中沉着的位置也不同，又分为：可吸入性粉尘即可以吸入呼吸器官，直径约大于10m的粉尘；微细粒子直径小于2.5m的细粒粉尘，微细粉尘会沉降于人体肺泡中。3）按形状分类 不同形状的粉尘可以分为：a三相等长粒子，即长、宽、高的尺寸相同或接近的粒子，如正多边形及其他与之接近的不规则形状粒细子；b 片形粒子，既两方向的长度比第三方向长得多，如薄片状、鳞片状年粒子；c 纤维形粒子，既在一个方向上长得多的粒子，如柱状、针状、纤维粒子；d 球形粒子，外形成圆形或椭圆形。4）按化学特性分类：由粉尘的湿润性、粘性、燃烧爆炸性、导电性、流动性
42、可以区分不同属性的粉尘。如按粉尘的湿润性能够分为湿润角小于90的亲水性粉尘和湿润角大于90的疏水性粉尘；按粉尘的黏性力分为拉断力小于60Pa的不粘尘，60300Pa的微粘尘，300600Pa的中粘尘，大于600Pa的强粘尘；按粉尘燃烧、爆炸性分为易燃、易爆粉尘和一般粉尘；按粉尘流动性可分为安息角小于30的流动行好的粉尘，安息角为3045的流动中等的粉尘既安息角大于45的流动性差的粉尘。按粉尘的导电性和静电除尘的难易分为大于1011.cm的高比电阻粉尘，1041011.cm的中比电阻粉尘，小于104 .cm的低比电阻粉尘。5）其他分类中还有分为生产性粉尘和大气尘，纤维性粉尘和颗粒状，一次扬尘和二
43、次性扬尘等。3.2粉尘的物理特性尘粒具有形状、粒径、密度、比表面积四大基本特性，还具有磨损性、荷电性、湿润性、黏着性以及爆炸性等重要性质。块壮物料破碎成细小的粉状微粒后，除了继续保持原有的主要物理化学性质外，还出现了许多新的特性，如爆炸性、带电性等。大体上，粉尘的物理性质包括以下方面：1）粉径分布，是指粉尘中各种粒径的粒子所占的百分比；2）密度，指粉尘的质量与同体积的4的水质量之比；3）比电阻，指粉尘本体与其表面化学膜电阻率之和；4）可磨性，指粉尘被研磨的难易程度，用待测粉尘与标准粉尘在相同条件下研磨消耗能量或时间之比值表示；5）安息角（静止角、自然倾角），指粉尘自然堆放在水平面上形成圆锥体的
44、底角；6）粘度，指粉尘之间一层对另一层的粘结力；7）亲水性，指粉尘与水接触时被水湿润的程度；8）爆炸极限，指粉尘在空气中遇有高温、明火等发生爆炸的最低质量浓度；9）含水率，指单位体积粉尘中含有水分的数量；10）比表面积，指单位质量粉尘中含有的内表面积与外表面积之和；11）粉尘形状，诸如片状、纤维状、球形等。在这些特性中，与除尘技术关系密切的，有以下几个方面：3.2.1粉尘的密度单位体积中粉尘的质量称为粉尘的密度其单位是kg/m3或g/cm3。由于粉尘的产生情况不同、实验条件不同，获得的密度值也不同。一般将粉尘的密度分为真密度和堆积密度等不同的概念。1）真密度由于粉尘颗粒表面不平和其内部的空隙，
45、所以尘粒表面及其内部吸附着一定的空气。粉尘的真密度是设法将吸附在尘粒表面及其内部的空气排除后测得的粉尘自身的密度。用p表示。2）堆积密度固体研磨而形成的粉尘，在表面未氧化前，其真密度与母料密度相同。呈堆积状态存在的粉尘，除了每个尘粒吸附哟一定空气外，尘粒之间的空隙中也含有空气。将包括粉体粒子间气体空间在内的粉尘密度称为堆积密度。可见，对同一种粉尘来说，其堆积密度值一般要小于真密度值。如煤粉燃烧产生的飞灰粒子，含有熔凝的空气球，其堆积密度为1.07 g/cm3，真密度为 2.2 g/cm3。 密度对重力、惯性、离心式除尘器的除尘率关系很大，而堆积密度则与设计粉尘的存储设备和粉尘的在飞扬问题有关。当粉尘的密度与堆积密度之比为10以上时，需要特别注意解决粉尘的二次飞扬问题。若将粉尘之间的空隙体积与包含空隙的粉尘总体之比称为空隙率，用表示，则粉尘的真密度p与堆积密度p之间存在如下关系b=（1-）p （3-1）对于一定种类的粉尘来说，p是定值，而b随空隙率变化而变化。值与粉尘的种类、粒径及充填方式等因素有关。粉尘愈细，吸附的空气愈多，值愈大；
