综采工作面煤层注水防尘技术试验研究

本文针对永煤集团陈四楼煤矿回采工作面粉尘浓度一直居高不下的实际情况，开展综采工作面进行煤层注水防尘技术试验研究。首先在研究煤层注水机理的基础上，对影响煤层注水效果的因素进行分析；然后现场取煤样在实验室试验，对二2煤层注水相关基础参数进行测试与分析，为注水水样的选取提供依据；再此基础上，对煤层注水方式、注水设备、注水关键工艺及参数进行优化设计，分别在综采工作面开展了气动高压注水、脉动高压注水和静压注水的煤层注水工业性试验，并对注水效果进行考察，根据现场实测效果，经比较后，确定合理的煤层注水方案；最后形成适宜陈四楼煤矿的煤层注水技术。
一般而言，随着采掘机械化水平的不断提高和煤矿开采强度的不断增大，加之生产的高度集中，矿井粉尘问题欲显突出。据煤炭行业可靠资料显示，在测定综采工作面采煤机割煤时，司机及下风侧10m处人行道的瞬时原始总粉尘浓度曾达到2000~4000mg/m3，矿井开采强度大，产尘源多，粉尘问题变得越来越严重。我国煤矿不仅发生过数十次煤尘爆炸事故，造成数千人死亡，而且更严重的是导致矿工患尘肺病，造成严重的经济、社会影响。因此，需总结前人经验，加大科研投入力度，利用现代科技成果，研究开发和控制综采工作面粉尘新技术，加大我国煤矿综合防尘的力度，对于改善矿工的作业环境、保证煤矿安全高效开采、推动防尘技术的发展，具有重要的现实意义。
采煤工作面是煤矿井下作业人员和电器机械设备高度集中的工作场所，也是连续产尘强度较大的作业场所。采煤的各项工序都会产生大量煤尘和岩尘，特别是在机械截割、运输机械转载震动、工作面支护等多工序平行作业时产生的粉尘量更大。一般来说，普采工作面粉尘浓度高于炮采工作面几倍至几十倍，而综采工作面又高于普采工作面几倍至几十倍。阜新矿务局综采面的粉尘浓度达2000~2500mg/m3，阳泉矿务局综采工作面的粉尘浓度最高达8888mg/m3。综采工作面粉尘的来源较多，如进风流的污染、采掘机械割煤、装煤和破碎，液压支架周期性移架，运输机转载点和破碎机破煤处都会产生大量粉尘，其中采煤机、液压支架移架处于风流中随时移动，产生的粉尘可随风流漂移和扩散，难以用密闭罩封闭尘源，增加了治理难度；而转载点和破碎机处的尘源相对固定，可采用密闭罩控制粉尘的飞扬；采煤机割煤是工作面最主要的尘源，移架居第二位(特别是当工作面顶板破碎时，更是如此)。因此，综采工作面粉尘的控制应以采煤机为中心[3-4]。
关键词：综采工作面；煤层注水；静压注水；动压注水
Abstract
Withthe improvement ofthe mechanizationon thefullymechanizedminingface，the problem of coal dust arebecomingmore prominent.Mine dust pollutes the workplace of underground and endangers the health of miners, also accelerates the wear and tear of machine and cause explosion in certain conditions. Therefore, it is signification for mine safety that we should makeeffective measures for dustand reduction. Among them, it would be very helpful to solve this problem by using theseam water injectiontechnologyfor dust infully mechanizedminingface, because it is the most fundamental andeffectivemethods to reduce dust generation duringminingface.
本课题针对陈四楼煤矿综采工作面生产过程中煤尘浓度一直居高不下的问题，开展煤层注水技术试验，对二2煤层注水的难易程度、注水工艺方式、注水装备进行深入研究，对陈四楼煤矿的安全高效开采意义重大。同时，对于煤层注水技术的提高具有推动作用，对于类似地质条件和开采工艺的综采工作面具有借鉴意义。
1.2
1.2.1
长期以来，煤矿“一通三防”是矿井安全管理的一项重要工作，而煤矿粉尘防治是矿井“一通三防”工作的重中之重，煤矿防尘问题一直是煤矿通防安全管理的重点和难点。煤尘灾害作为矿井五大灾害之一，其危害极大，除了掘进工和其他同岩石接触的工人可能得矽肺病以外，其他长期和煤尘接触的工种吸入煤尘，能引起煤肺病，严重影响职工的身体健康；同时还可能引起煤尘爆炸，造成大量人身伤亡和财产损失。煤矿粉尘是影响矿井安全高效生产，危害职工健康的主要灾害之一。
In this paper, the reality is that the dust concentration has been actually high inminingfaceof Chen Si Lou mine of Yong Mei Group, we decide tostudy onseam water injectiontechnologyfor dust infully mechanizedminingfaceto solve this problem.Firstly, we analysis the factors of affecting theeffectof seam water injection that based on the study of mechanism of seam water injection.Then, taking coal samples and testing it in the laboratory.Testing andanglicizingthe basic parameters of二2coal seam injection to provide the basis for the selection of watersamples.On this basis, we make aoptimizationfor the seam water injection method、injection equipment、the key injection technology and parameters, then the pneumatic high-pressure water injection、pulse high water injection and static pressure injection are carried out infully mechanizedminingface. The effect of seam water injection isinspected, and according to the results of field measurement,aftercomparisonto determine a reasonable seam water injection program.Finally, the seam water injection technology that suitable for Chen Si Lou mine is achieved.
Keywords: full-mechanized mining face;coalseam water injection;static water injection;dynamicpressure water injection
摘要
目录Ⅴ
1
1.1
煤炭是我国重要的基础能源，是国民经济发展的重要支柱。我国煤炭资源丰富、品种齐全，在能源总量和已探明的储量中，煤炭占90％左右。而且，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中始终占70％以上。我国煤炭资源总量为5.57万亿吨，是最可靠、最有保障的能源。这种状况决定了我国以煤为主的能源生产和消费格局将在今后一个相当长的时期内不会改变[1]。据专家预测，到本世纪中叶我国以本的能源消费结构不会改变，到2020年、2050年，煤炭所占一次能源的比重仍然为68％和50％左右。因此，煤炭在我国国民经济发展中依然占据不可替代的重要位置，我国能源消费在未来相当长。
目前从国内外所查到的资料表明：综采工作面的粉尘控制技术主要采用煤层注水、采煤机高压喷雾降尘技术、液压支架自动喷雾洒水、转载点密闭自动喷雾降尘、合理选择采煤截割机机结构参数及工作参数、泡沫除尘和除尘器除尘等净化措施。其中，煤层注水是国内外主要采用的降尘方式，一般可降低粉尘浓度60%~90%左右；泡沫除尘和除尘器除尘等净化措施在国外主要产煤国家应用，是一种新型高效的除尘方法，尤其是泡沫除尘的效果好一般可达90%以上,特别是对5mm以下的呼吸性粉尘,除尘率可达80%以上,且泡沫除尘同喷雾洒水降尘相比,其耗水量减少1/2以上[5]。不过，其它除尘方法在应用发现一些问题，主要是合理的注水参数和注水工艺难以确定(因为不同煤层和埋藏条件是不一样的)、采煤机和液压支架喷雾系统布置形式和喷雾参数不太合理，从而一定程度上影响了煤矿降尘效果。
我国煤矿由于煤尘引起的灾害主要有瓦斯煤尘爆炸和由煤尘引起的矿山工作人员的尘肺、矽肺职业病。近年来，瓦斯爆炸频繁发生，而且大部分的爆炸事故都有煤尘参与，煤尘使得爆炸的破坏力增加，造成的损失加大；煤炭行业有尘肺患者约40多万人，且每年以8000人的速度递增，每年因矽肺病死亡2500人，而且每年新增尘肺病人数占普查人数的3‰以上。煤尘作为煤矿“五害”之一，一方面，它不仅污染井下工作场所，降低空气能见度，容易造成工伤事故，而且矿工长期吸入煤尘将会导致煤肺病，煤肺病的发生和发展主要是由于煤尘本身的影响所造成的，煤尘能引起尘肺病和皮肤病，危害矿工生命健康。另一方面，它能加速机械的磨损，并且能在一定的条件下发生爆炸，酿成重大灾害。根据测定，综采工作面个别瞬时煤尘浓度高达8~10g/m3。因此，从根本上减少综放工作面的煤尘产生量，对于保障正常生产、减少事故以及保障员工职业健康起着极其重要的作用。