我国综采放顶煤粉尘控制技术的研究与发展.docx

我国综采放顶煤粉尘控制技术的研究与发展我国综采放顶煤粉尘控制技术的研究与发展我国综采放顶煤粉尘控制技术的研究与发展【摘要】较系统地论述了我国目前综采放顶煤工作面粉尘综合治理的最新技术与成果，包括厚煤层注水技术，采煤机应用外旋双层雾流罩封尘源除尘技术，液压支架和放煤口联合自动控制喷雾降尘技术及破碎机声波雾化降尘技术等，并说明其应用及效果。根据现有降尘技术存在的问题，结合现场实际讨论其发展趋势。1 引言综采放顶煤采煤技术，自 1984 年在我国试验以来，发展迅速，现有近30 个矿务局的 70 余个煤矿，并将其作为今后高产高效工作面发展的重点与方向。放顶煤采煤法具有高产、高效、低耗、节能等优点，从试验、采用至今，已取得很好的社会和经济效益。但也存在不足之处，主要是安全和回收率问题，如果不把这些问题解决好，会影响其发展前景。综采放顶煤开采的安全问题之一是粉尘问题。由于综放面比普通综采增加了放煤口和放煤溜子转载点等尘源，而粉法浓度可比普通综采高几百到几千 mg/m。粉尘的危害很大，引起尘矽肺病，爆炸及微细粉尘排入大气，污染大气环境，破坏生态平衡等。因此搞好综放面的粉法治理非常重要。综放工作面的尘源主要有：采煤机割煤尘源、放煤尘源、移架尘源、放煤溜子和采煤溜子转载点尘源、破碎机尘源等。在这些尘源中，产尘量比较大的是采煤机割煤、放煤和破碎机破碎煤等尘源。由于破碎机可用机械方式罩封防止粉尘的扩散，再实施喷雾或抽尘净化等降尘，能取得较好的降尘效果。采煤机割煤和放煤尘源，一方面因随时移动无法罩封尘源，另一方面两者均处于较高速风流中，粉尘易扩散飞扬，最难控制，是治理的难点，而产尘最大的还是采煤机尘源。综放工作面尘源多，产尘强度大而不集中，因此，必须实施综合防尘技术才能有效控制粉尘，减少其危害。2 综放工作面综合防尘技术综放工作面综合防尘技术，主要包括减少粉尘产生、防止粉尘扩散及降除尘等，即煤层注水预湿煤体减少粉尘产生的技术、采煤机用外旋双层雾流罩封尘源的高效除尘技术、转载点及破碎机声波雾化降尘技术。2.1 厚煤层注水预湿煤体减少粉尘产生煤层注水是通过钻孔并借助于水的压力，将水注入即将回采的煤层中，使煤体得到预先湿润，增加煤体水分，减少采煤时粉尘产生量。煤层注水是采煤工作面基本的有效的防尘技术。其水分的增加，可减少煤矿井下、井上各个环节的粉尘产生量。煤层注水还可预防冲击地压及煤与瓦斯突出、软化顶煤减少大块煤量提高回收率、软化煤体降低载割能量及防火（加入阻化剂）降温等，是治理矿井灾害，提高工效的综合性技术措施。因此，只要条件具备应尽量采用煤层注水这种治本措施。2.1.1 厚煤层注水渗流的机量放顶煤开采一般都是在煤层大于 5m 的条件下实施的。因此，其渗流不同于薄煤层及中厚煤层。而薄及中厚煤层用二维渗流方程就能满足实际要求。对厚及特厚煤层，由于在垂直于顶底板方向上煤层厚度较大，不考虑其渗透误差较大，故须用三维渗流来描述，其方程为：（1）式中，H-位能与压能的和（因一般情况渗透速度较慢，动能较小，可忽略动能的影响）；，-导水系数张量的分量（这里设坐标轴的方向与导水系数张量的主方向一致）；S-裂隙-孔隙的贮水系数；Q-源汇项（注水对控制体内水量的影响）；(-沟通大裂隙与组合裂隙（孔隙）之间的水量交换，即单位时间内从大裂隙进入单位体积组合孔隙的水量；Q1 -由死端、微孔隙水的毛细和扩散作用引起控制体内水量的变化，主要与液体及孔隙的性质有关，而与裂隙与孔隙间的压差关系不大。其中毛细运动增加的水分为：（2）式中，(m -毛细运动系数，其中为毛细运动最大的孔隙半径；(为液体表面张力系数，(，(为液体的动力粘度，(H 为液体的密度。扩散运动增加的水分为：（3）式中，(k -扩散运动系数；a-在给定时间内由一分子扩散运动使微孔隙中水分增加而充填孔隙的系数，由实验测得。它与孔隙、液体的性质有关。因此，煤层注水湿润煤体，使水分增加，就由裂隙中渗透，组合孔隙中的压差，死端和微孔隙中的毛细和分子扩散运动几部分增加量组成。用三维渗流描述厚及特厚煤层渗流，其计算结果与实际测试结果相吻合。2.1.2 厚及特厚煤层注水钻孔布置及封孔厚及特厚煤层注水的钻孔布置，因煤层厚度较大，在煤层厚度方向上，如果还采用平行于底板或顶板布置一个钻孔的方式，顶部煤层就不能得到充分湿润，因此，应采用在平行于工作面的断面上布置一组扇形钻孔的方式（钻孔间为了打钻施工的方便和钻孔间不串水，应错开一较小的距离，一般为 11.5m）。根据有无顶板巷及顶板巷的位置不同，则有：无顶板巷双向扇形钻孔布置、无顶板巷单向扇形钻孔布置、顶板巷靠工作面一边的对钻扇形钻孔布置、顶板巷在工作面中间的组合式钻孔布置。此外，还可从以上四种钻孔布置方式中演化出多种钻孔布置。在实际应用中的选择，在有顶板巷的情况下，应优先选用在顶板巷打钻孔注水