煤矿防尘方案

晋城煤业集团成庄矿井下综合防尘方案

根据目前成庄矿的现场情况，针对2243掘进工作面和5305综放工作面的煤尘防治提供如下方案。

一、工作面防尘

1、2243掘进工作面防尘方案

充分利用现有防治设施，只增加一个简易装置，在防尘用水中添加煤尘抑制剂，达到高效降尘的效果。如图1所示，在2243巷回风横川附件防尘管理上增加一套管道自动加液混合装置（图3）。防尘用水通过该装置把煤尘抑制剂按比例加到水中，供给手动净化水幕、手动喷雾和机组喷雾，从而到达降高效降尘的效果。

图1 掘进面喷雾装置示意图

2、5305综放工作面防尘方案

根据5305综放工作面现有防尘设施，在5209巷进8#横川往切眼方向分别在2路防尘水管上接上一套管道自动加液混合装置（单罐和双罐）。单罐管道自动加液混合装置接较细的防尘管，不通过加压泵直接供给转载机喷雾、

手动净化喷雾、破碎机喷雾和手动喷雾（可根据降尘情况是需要开启）（如图2）。双罐管道自动加液混合装置接较粗的防尘管，通过加压泵供给液压支架喷雾和机组喷雾。

图2 5305综放工作面喷雾装置示意图

3、管道自动加液混合装置

管道自动加液混合装置（图3）具有在井下实时向防尘管道中加入降尘剂的功能。根据文丘里原理设计泵吸装置，通过泵吸流量控制阀确定清水与降尘剂的添加比例，只需水压作为动力就能满足自动加液混合的要求，不需要电力，不涉及防爆问题。

图3 管道自动加液混合装置示意图

该装置为中矿龙科能源科技（北京）的专利产品（专利号ZL200920158323.8、201120105048.0、20112015046.1、201120105331.3）。

4、防尘水中添加煤尘抑制剂的作用

中矿龙科公司依托优秀科研人员及先进的设备、设施，历时近两年，进行了煤尘抑制方面的研发。科研人员通过对煤尘性质及抑制机理的系统分析，以化学药剂分子的化学分析和润湿降尘原理作为理论根据，利用煤泥真空过滤脱水方法分析药剂对煤尘的润湿性及保水性的影响，筛选一系列的化学药剂。通过改进常规实验方式得到适合煤尘润湿性能研究的润湿实验方法，进行不同药剂间的复配实验，分析各种因素对煤尘润湿性能的影响，确定表面活性剂选择的原则，并结合喷雾降尘模拟实验，最终成功配制出具有优良抑尘效果的煤尘抑制剂。本产品已申请国家发明专利，专利号为200810171888.X。

湿润型煤尘抑制剂由多种表面活性剂组成，是由亲水基和疏水基组成的化合物。煤尘抑制剂溶于水时，其分子完全被水分子包围，亲水基一端被水分子吸引，疏水基一端则被排斥伸向空中，这样润湿剂物质的分子系在水溶液表面形成紧密的定向排列层(界面吸附层)，使水的表面分子与空气接触状态发生变化，接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时朝向空气的疏水基与粉尘之间有吸附作用，而把尘粒带入水中，使得粉尘得到充分润湿，聚集下降，以达到优良的降尘效果。

二、煤体注水防尘

1、注水降尘机理

（1）润湿了煤体内的原生煤尘。在煤体内部各种裂隙中，都或多或少存在着原生煤尘，它们随煤体破碎而飞扬于矿井空气中。水进入裂隙后，可将其中的原生煤尘在煤体未破碎前预先润湿，使其失去飞扬的能力，从而有效消除尘源。

(2)有效地包裹了煤体的每一个细小部分。水进入煤体各类裂隙、空隙和层理之中，不仅在较大的构造裂隙、层理、节理中有水存在，而且在极其微小的孔隙内部，都有水的注入，甚至在lμm以下的微孔隙中也充满了毛细水，这样就使整个煤体有效地被水包裹起来。当煤体由于开采而受到破碎时，因绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细微煤尘的飞扬，即使煤体破碎的极细，渗入细微孔隙的水也能使之预先润湿，预防浮游煤尘产生。

(3)改变煤体的物理力学性质。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，当煤体因开采而改变了煤体的结构和物理力学性质。水进入煤体后，能使煤体塑性增加，脆性减弱，还能使内聚力和摩擦角降低，改善煤体应力集中及支承压力和上覆岩层对煤体的影响。当煤体受到

外力作用时，许多脆性破碎变为塑性变形，因而大量减少了煤体破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。正确地采用注水防尘，煤尘的产生量比综合采用其他多种防尘措施时低3～4倍，落煤效率可提高25%左右。在自然界里可以发现一些天然潮湿的煤层，开采时一般都不会产生严重的煤尘问题。而在那些干燥煤层中，即使在开采用洒水的方法使耗水量达到和自然含水量一样的标准，也决不可能达到同样的防尘效果。实践证明，煤炭浸润的水分增值达l%以上时，可使开采时的降尘率达到50%以上。

（4）附带的连续防尘作用。落煤后煤体己被湿润，在装载、运输、提升到地面等过程中均具有一定的防尘作用。采煤工作面是产尘量最高的地方，如果在采煤过程中进行注水，那么在整个井巷系统中将大量减少煤尘的产生和飞扬，沉积和再飞扬，能很好的改变整个矿井防尘面貌。经过注水而得到预先湿润的煤炭，在整个矿井生产流程中都具有连续防尘作用。它不仅在落煤破碎时可以防尘，一切再破碎过程中均具有防尘作用，而其它的防尘方法则多数为局部性措施，不具备这种连续防尘作用。采煤工作面的煤炭产量占全矿产量的90%以上，它是矿井煤尘产生量的最高的地点，如果使90%的煤炭大部分预先湿润，则整个井巷系统中将大量减少煤尘的产生和飞扬、沉积和再飞扬，这就必然改变了整个矿井的防尘面貌。

2、煤层注水中添加注水增强剂的作用

煤层注水增强剂由数种表面活性剂与无机盐复配的化学剂，其提高煤层注水量的机理是表面活性剂降低了水的表面张力，增大了水在煤层的毛细裂缝中渗透时的毛细管力、渗透作用加强。满足了水在煤的内表面铺展条件，使煤体得到均匀的润湿。

3、回采工作面短孔煤体注水

利用检修班时间4个小时左右，在工作面煤壁上施工短孔进行动压注水，注水压力在5~7MPa左右，利用给机组喷雾的加压泵提供动力。在给机组喷雾的管路上多出3到5组三通，用于短孔注水用。钻孔每排2个，1个水平孔，孔深6m，离底板高度1.2m；1个向上孔，孔深7.5m,仰角36度；排距2m（如图4）。封孔器可直接连注液枪达到封孔注水目的，出现孔壁渗水就停止该孔注水。钻具可选用高强降尘钻杆QCG-1.5型、降尘钻头QCZ-T型、ZQJ-90型钻机。

图4 回采工作面煤壁短孔注水示意图

4、回风巷煤体静压注水

根据现有条件，利用瓦斯抽排孔（已接近尾声或可以停止抽排的钻孔）进行煤体静压注水。静水压力0.5到2MPa都可以，在注水管路上安装管道自动加液混合装置，通过添加0.3%左右的煤层注水增强剂可以确保注水到达预期要求。