矿井通风与除尘(蒋仲安版) 10 矿井综合防尘技术

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10.1.1 粉尘在井巷中的沉降
1.粉尘沉降运动的阻力 2.阻力系数

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一般情况下阻力系数 Cs 表示了阻力的性质和大小。试验表
明 Cs 与尘粒的直径 dp 、流体速度 v 和气体的动力粘性系数 μg有关，这三者的关系可用粒子的雷诺数ReP来表示
Re p
重。
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10.1.3 排尘风速
能促使空气中的微细矿尘保持悬浮状态并随风流运动而 排出的风速，称为排尘风速。 能将空气中对人体最有危害的微小粉尘（呼吸性粉尘）
排出的最低风速，称为最低排尘风速。
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10.1.3 排尘风速
当风速增大到一定 值时，作业地点的矿尘 浓度将降到最低值，此 时风速称最优排尘风速。 风速再增高时，将 扬起沉降的矿尘，使风 流中含尘浓度增高。一 般说来，掘进工作面的 最 优 排 尘 风 速 为 0.4 ～ 0.7m/s ，机械化采煤工 作面的最优排尘风速为 1.5～2.5m/s。
尘湿润程度是常用的除尘方法。
《煤矿安全规程》和《金属非金属矿山安全规程》均规 定采掘工作面的最高允许风速为4m/s。
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10.2 湿式作业
湿式除尘是利用水或其他液体，使之与尘粒相接触降
低矿尘的方法。
优点是所需设备简单，使用方便，费用较低和除尘效果 较好。 缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，会影 响原煤质量。 我国矿山较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，并配 合喷雾洒水、水炮泥、水封爆破以及矿床注水等防尘技术 措施。
内喷雾：则通过掘进机截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。 较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减小85%～95％。
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①掘进机喷雾洒水
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②采煤机喷雾洒水
采煤机的喷雾系统分为内喷雾和外喷雾两种方式： 采用内喷雾时，水由安装在截割滚筒上的喷嘴直接向截
齿的切割点喷射，形成“湿式截割”；
架等处的矿尘。
当矿尘被水湿润后，尘粒间互相附着凝集成较大的颗粒。 同时，因矿尘湿润增强了附着性，而能粘结在巷道周壁、 支架煤岩表面上，这样在煤岩装运等生产过程中或受到 高速风流时，矿尘不易飞起。 在炮采炮掘工作面爆破前后洒水，不仅有降尘作用，而 且还能消除炮烟、缩短通风时间。
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（3）湿式凿岩
ρ gd pv 0 μg
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10.1.1 粉尘在井巷中的沉降
阻力系数Cs成为尘粒雷诺数ReP的函数，即：
Cs f Rep
阻力系数Cs与尘粒雷诺数Rep之间的关系如图10-1所示。从图中可 以看出，在不同的Rep范围内，Cs具有不同的性质和数值，因而通常 根据Rep的大小分成四个区段进行考虑，在每一区段都有不同的表达 式来表示Cs与Rep之间的关系。 （1）粘性流区（Stokes）（Rep< 1） （2）过渡区（Allen）（1≤Rep≤500） （3）紊流区（Newton）（500＜Rep≤2×105） （4）高速区
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10.2 湿式作业
水能湿润矿尘，增加尘粒重力，并能将细散尘粒聚结为 较大的颗粒，使浮尘加速沉降，落尘不易飞扬。按除尘机
理可将其分为两种方式：
用水湿润、冲洗初生或沉积的矿尘； 用水捕捉悬浮于空气中的矿尘。
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主要内容：
10.2.1 用水湿润矿尘 10.2.2 用水捕捉悬浮矿尘
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10.2.1 用水湿润矿尘
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10.1通风排尘
通风排尘是利用通风的方法稀释和排出矿井巷 道和作业地点空气中的悬浮粉尘，防止其过量积聚 的有效措施。
排尘效果的主要影响因素：
风速 矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。
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主要内容： 10.1.1 粉尘在井巷中的沉降 10.1.2 矿尘的扩散 10.1.3 排尘风速
10.1.4 扬尘风速
射到空气中，水滴与尘粒
相接触碰撞，使尘粒被捕 捉而附于水滴上或者被湿
润尘粒相互凝集成大颗粒，
从而提高其沉降速度，加 快沉降过程。
图2-2 爆破区喷雾、通风与矿尘浓度的关系 1-无喷雾，无通风；2-无喷雾，有通风； 3-有喷雾，无通风；4-有喷雾，有通风； 27
水滴捕尘机理
水滴的捕尘机理主要包括四个方面，即：惯性碰撞、截
在回采之前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压 力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层
开采过程煤尘的产尘量。
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①煤层注水的减尘作用
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
效地消除尘源；
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； 水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物 理力学性质，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。
留作用、扩散作用及凝集作用。
图4-3 水滴捕尘作用示意图
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喷雾洒水
喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（又称喷嘴）在旋转
或冲击作用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中。
图4-4 喷雾体作用范围 La-射程；Lb-作用长度；：α -扩张角
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①掘进机喷雾洒水
掘进机喷雾分内外两种： 外喷雾：多用于捕集空气中悬浮的矿尘。
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（4）湿式钻眼
湿式钻眼主要是针对使用煤电钻钻眼的煤巷、半煤岩巷 掘进防尘而言的。它具有良好的水密封性能，能有效地
控制采掘工作面的煤尘。
其作用原理为在原干式煤电钻减速器前增加一个水套， 压力水通过中空的麻花钻杆和湿式钻头到达孔底，以湿
润煤体并冲洗煤尘，达到湿式钻眼降尘的目的。
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（5）煤层注水
况下采用下面三种方法：
① 先装炸药，再装水炮泥，最后装黄泥。 ② 先装水炮泥和炸药，再装水炮泥和黄泥。
③ 先装水炮泥和炸药，再装水炮泥(不装黄泥)。
具体装填方法，应视炮孔深度而定。国内矿井一般多采 用第一种方式。
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（1）水炮泥
在水炮泥中同时添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高 降尘效率。 德国等西方国家已开始应用化学材料代替水炮泥中的水， 这些材料大多具有较好的膨胀性能，因此爆炸时的封堵效 果和降尘效果更好。 我国研制出的凝胶水炮泥也取得了良好的降尘降烟效果。
湿式凿岩就是在凿岩过程中，将压力水通过凿岩机送入
并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的粉尘。 相关规程规定，在矿井采掘过程中，必须采取湿式凿岩、 水封爆破等生产技术措施。在有条件的矿井还应通过改 进采掘机械结构及其运行参数等方法减少采掘工作面的 粉尘产生量。 据实测：湿式凿岩的除尘率可达90%左右，并能将凿岩速 度提高15 %～25%。
矿尘在产生和扩散过程中所受的作用力主要有重力、机械力和风
力。微细矿尘靠重力的沉降速度是很小，矿尘因重力作用是不能
摆脱风流的控制而独立运动的。 一次尘化（机械力）作用给予粉尘的能量是不足以使粉尘在巷道
内散布的，它只能造成小范围的局部气流污染。造成粉尘进一步
扩散的原因是二次气流，即巷道内空气的流动，它的方向、速度、 决定粉尘扩散的方向和范围，二次气流速度越大，粉尘扩散越严
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③液压支架移架和放煤口放煤喷雾洒水
液压支架移架和放煤口放煤是综采放顶煤工作面仅次于 采煤机割煤的两个主要产尘源。
图4-13 液压支架自动喷雾渲染图 图4-12 液压支架自动喷雾示意图
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④转载点喷雾
综放工作面输送机转载点处通常也采用喷雾洒水的方 式进行降尘。
图4-14 转载点喷雾示意图
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⑤装岩洒水
d p ——粉尘的粒径，m；
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10.1.4 扬尘风速
扬尘风速除与矿尘粒径与密度有关外，还与矿尘湿度、 巷道潮湿状况、附着状况、有无扰动等因素有关。 在干燥道中，在不受扰动情况下，赤铁矿尘的扬尘风速 为 3 ～ 4m/s ，煤尘扬尘风速为 1.5 ～ 2.0m/s ；在潮湿巷道 中，扬尘风速可达6m/s以上。 防止二次扬尘，除控制风速外，及时清除积尘和增加矿
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最优排尘风速
10.1.4 扬尘风速
沉积于巷道底板、周壁以及矿岩等表面上的矿尘，当受 到较高风速的风流作用时，可能再次被吹扬起来而污染风 流，此风速称为扬尘风速，可参考下式计算：
v f K pd p
式中： v f ——扬尘风速，m/s；
p ——粉尘的密度，kg/m3；
K ——系数，取10～16，粒径和巷道尺寸较大时取大值。
水炮泥袋是以不易燃、无毒并具有一定强度的聚乙烯薄 膜热压制成。水炮泥袋封口是关键，袋口处塑料布向内折叠 或双层并近似“亚”字形压制。装满水后，袋口能自行封闭。
图4-17 自动封口水炮泥袋 1-逆止阀注水后位臵；2-逆止阀注水前位臵；3-水
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（1）水炮泥
水炮泥在炮孔中的布臵方法对爆破效果很重要，一般情
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10.1.1 粉尘在井巷中的沉降
3.粉尘的最终沉降速度 球形粒子的阻力系数 C s 随雷诺数的变化可以分为：
（1） Rep ≤1（Stokes） ， Cs 24 Rep ，则由式（10-10）得：
vt

p g gd p
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（2） Re =1≤Rep≤500（Allen 区） ， Cs 10 Rep ，由式（10-10）得：
巷道装岩洒水有
人工洒水和喷雾器洒水 两种方式：
① 人工装岩时，
一般采用人工洒水。 ② 装岩机装岩时， 在距工作面4～5m 的 顶帮两侧，悬挂两个喷 雾器进行喷雾洒水。
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图4-15
装岩机喷雾洒水
1 一喷雾器；2 一控制阀；3 一水量调节阀
⑥其他喷雾
除上述地点、工艺的喷雾洒水外，在煤仓、溜煤眼及