掘进工作面粉尘防治-毕业论文.doc

山东科技大学毕业设计论文论 文 题 目 掘进工作面粉尘防治班 级 2011级 姓 名 周 康 工作单位 济宁矿业集团霄云煤矿 地 址 济宁市金乡县肖云镇霄云煤矿 指导老师对毕业论文的评语论 文 成 绩： 指导老师（签章）： 年 月 日目 录1 绪 论61.1 矿尘及其性质61.2 矿尘的危害71.3 影响矿尘产生量的因素72 综合防尘技术的现场实际应用92.1 内外喷雾装置的使用92.2转载点喷雾92.3巷道周壁抑尘92.4除尘器的使用92.5湿式凿岩、钻眼102.6洒水及喷雾洒水112.7水炮泥和水封爆破112.8 净化风流112.9 个体防护123 掘进工作面防尘设计123.1 掘进工作面尘源及粉尘性质分析123.2 掘进工作面除尘设计134 技术经济分析184.1 投资费用184.2 系统的经济性分析19致 谢20参考文献20摘 要煤矿粉尘影响矿井安全生产，威胁职工身体健康，是煤矿五大灾害之一。煤炭生产，从矿井开拓、巷道掘进、回采落煤过 程到煤炭运输、储存，均伴有大量粉尘产生，它污染生产环境，危害劳动者身体健康。煤矿粉尘危害性及大。煤矿井下在掘进、采煤、运输等环节中都会产生大量的粉尘，严重威胁矿井的安全生产和职工的身体健康。但随着煤矿采掘工作面的发展，煤矿粉尘污染问题更为突出，必须把粉尘的治理纳人日常生产管理工作的内容。有效控制粉尘，降低粉尘浓度，改善工作环境、杜绝煤尘事故，是煤矿安全生产的一个重要环节，抓好矿井防尘工作，对促进矿井安全生产，保障职工身体健康具有重大意义，同时做好矿井防尘工作也是矿井清洁生产的要求。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，提出了粉尘防治的方法措施。关键词： 掘进工作面 粉尘 防尘技术 个体防护1 绪 论1.1 矿尘及其性质霄云井田资源开发有限公司（以下简称霄云煤矿）位于山东省金乡县霄云寺镇，距金乡县城20km,行政区划属济宁市金乡县管辖。矿井隶属于济宁矿业集团有限公司，地质储量10120.2万t，可采储量4791.5万t，主采煤层3煤，平均厚度3.49米，埋深在-430-1500米之间，较稳定型简单/复杂结构中厚煤层，属低中灰分、中挥发分、中等高软化、较高高流动煤灰、低硫分、特低磷分高热值肥煤、焦煤；井田构造类型为中等类型，3煤水文地质类型为二类一型（即以裂隙水为主、水文地质条件简单的矿床），为低瓦斯矿井，煤尘有爆炸性危险,煤层有自燃发火倾向。霄云煤矿由煤炭工业济南设计研究院有限公司设计。设计生产能力90万吨/a，服务年限40.9年，概算总投资10.01亿元。设计采用立井开拓方式，设主副两个井口，主井净直径5m，副井净直径5.5m。矿井采用中央并列式通风方式，副井进风，主井回风，采用综合机械化采煤，设计一次采全高，自然垮落式管理顶板。井下各采掘工作面、井下爆炸材料库均采用独立通风。1301综采工作面采用U型通风，各掘进工作面均采用压入式通风。目前，矿井总进风量为6239m3/min，总回风量为6500m3/min。矿井通风能力能够满足安全生产需要，矿井装备一套KSS-200束管监测预报系统，主要用于对井下气体成份的分析，对采煤工作面进行24小时全过程监测。矿尘是指在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、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。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。15矿山尘肺病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。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。但游离SiO2是硅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。2 综合防尘技术的现场实际应用2.1 内外喷雾装置的使用 喷雾降尘是利用喷嘴把压力水高度扩散，雾化成水幕、雾化水碰撞拦截，凝成较大尘粒使其沉降，并具有冲淡瓦斯、冷却截齿、湿润煤壁和防止割火花的作用。由于内喷雾喷嘴安装在滚筒叶片上，将水从滚筒里向截齿喷射，其降尘效果较好，耗水量少，但喷嘴容易堵塞和损坏，井下应用效果不好。外喷雾喷嘴距离尘源较远，其供水系统的密封和维护比较容易，但其降尘效果取决于掘进机的截割头周围是否能形成均匀的喷雾水幕，以阻止粉尘向截割头以外的巷道扩散，而均匀水幕的形成主要取决于喷嘴喷雾射流的质量及喷嘴的安装方式。 本次选用了重庆分院研制的sd304、sd502两种型号的喷嘴作为掘进机外喷雾使用的喷嘴，其喷雾性能将4个sd304型、2个sd502型喷嘴布置在掘进机外喷雾架上。外喷雾架分主架、副架，6个喷嘴所喷出的雾流，在掘进工作面形成水幕网。把截割的煤全部罩住，减少煤尘的飞扬。 2.2转载点喷雾目前皮带转载点除尘，广泛采用喷雾洒水，为防止粉尘还未被充分湿润就被风流带走，该掘进工作面所有转载点均安设了喷雾装置。 2.3巷道周壁抑尘为了防止沉积于巷道周壁的粉尘再次飞扬，污染风流，采用在巷道周壁喷洒粘尘剂来抑尘，它的基本原理是将沉积煤尘彻底湿润，并使其失去飞扬性。由于一般水分容易蒸发，所以在粘尘剂中主要添加了吸水性很强的盐类溶剂，但是单独使用这种盐溶液时往往不能充分湿润煤尘，因此，在粘尘剂中还添加了表面活性剂物质。粘尘剂可以持续湿润由井下空气带来的、不断沉积于巷帮和底板的煤尘，随着粘尘量的不断增加，粘尘剂需要不断吸收空气中的水分。但当煤尘过量沉积，致使粘尘剂不能在保持流体状态时，就会失去湿润能力，这样需重新喷洒粘尘剂。 2.4除尘器的使用2.4.1、除尘器的除尘机理 由于该种自激式水浴水膜除尘器用来捕集气流中的粉尘主要分两个阶段来实现。第一阶段在进风入水段弯曲通道内依靠离心力（或惯性力）来捕集较粗尘粒；第二阶段是气流冲击水面依靠水浴水膜来捕集较细尘粒，气流中的尘粒与液面和雾化液滴之间产生惯性碰撞、截留、扩散等作用。总之，这种除尘器具有水浴、水滴、离心力产生的水膜等三种除尘功能，因而可以得到较高的除尘效率。 2.4.2、通风除尘系统的确定 合理的通风除尘系统，应能够有效的控制掘进机产生的粉尘，并把汗尘空气吸入除尘器中加以净化，以提高除尘效率。经比较采用长压短抽通风除尘系统，这种通风除尘系统管理，维护比较简单，并能有效排除瓦斯的积聚和滞留，实现粉尘的就地净化，避免粉尘在风筒中沉积和积水。工作面风量由压入式局部通风机供给，通过配风器调节风量，保证抽入除尘器的风量大于工作面的实际风量，使工作面风流中高浓度的粉尘全部抽入除尘器进行清除，除尘后的净化风流由配套风机拍到巷道。 2.4.3、压入式风筒口距机掘工作面的距离 若压入式风筒口距机掘工作面的距离小，掘进工作面产生的粉尘容易被带出工作面；若压入式风筒口距机掘工作面距离过大，则排尘风速过小，不易形成吹吸系统，对收尘不利。根据理论分析和实践经验，压入式通风风筒出风口到机掘工作面的距离l压可以用公式计算：l压（45）s，m 式中：s掘进巷道的断面积，m2。 由于本掘进巷道的断面积为9.02m2，则l压12.1215.17m，故掘进过程中压入式风筒出风口距工作面的距离应小于14m。 除尘器吸尘口距机掘工作面的距离要求；若除尘器吸尘口距机掘 的距离太小，机掘工作面产生的大量粉尘会被风流带走，并且把大量较粗粉尘吸入除尘器内，增大除尘器内，水箱污水的清换次数；若除尘器吸尘距机掘工作面的距离太大，机掘工作面产生的粉尘在经过司机以后，才被吸入除尘器，掘进机司机处的粉尘浓度得不到有效降低，对掘进机司机身体危害较大。一般除尘器吸尘口距机掘工作面的距离l吸可用下式计算，即l吸1.5s，m 由于s=9.2m2,则l吸4.55m，故在安装除尘器吸风口时，吸风口工作面的距离应小于5m，并超前与掘进机司机处，在实践中多放于距离工作面迎头煤壁35米的范围，减少煤尘的流失，最大限度地把煤灰吸入到除尘器内。25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。26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。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。27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，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。2.8 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。2.8.1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。喷雾器的布置应以水幕布满巷道断面为原则，并尽可能靠 近尘源，缩小含尘弥散范围。 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。 2.8.2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。2.9 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 掘进工作面防尘设计3.1 掘进工作面尘源及粉尘性质分析掘进机截割产尘的机理机掘工作面粉尘的构成1产尘是岩体破碎过程的固有特性,掘进机掘进巷道的作业过程既是一个产尘的过程.掘进工作面粉尘有以下几部分组成;（1） 掘进机掘进过程中煤岩破碎产生的分尘,即原生粉尘,它包括煤岩受到截齿的压碎和摩擦作用产生的粉尘,占掘进工作面粉尘的80%以上.（2） 煤块塌落后与机器和地面碰撞,挡煤板, 运输溜子转载造成的摩擦破碎形成的粉尘.（3） 由于地质作用,煤层发生错位,断裂,在裂隙中存在的粉煤,在掘进过程中暴露出来,形成粉尘.（4） 随着进风流带入机掘工作面的尘粒。对于这个量可以通过认真合理的安排地面设备而使之减到最小值。（5） 工作面上沉积的粉尘在开采作业过程中或通风过程中又被扬起，即次生粉尘。由以上可以看出机掘工作面的粉尘主要是有掘进机截齿截割煤体时产生的，所以有必要分析一下截割过程的产尘机理。2 截割产尘机理当尖锐的截齿截割煤岩时，在接触点处将产生很高的接触应力，随着截割力的增大，接触应力也随之增大到极限值，这样就在接触点处首先产生破碎。由于破碎发生在很小的区域内，破碎颗粒也比较小，并且接触点附近一般处于受三向压应力状态，因此这部分破碎体一般难以排除刀外，随着截齿的前进，这部分破碎体再次遭到破碎，直到形成密实的煤粉核（又叫密实核或压固核），这时截齿的能量才得以通过煤粉核会传递给周围煤岩。在煤粉核与未破碎的煤烟体间的过渡区域是众多微裂纹的集合体，随着截割力的继续增大。某些分布位置有利的裂纹开始失稳扩展，当截齿载荷达到临界值时，裂纹开始失稳扩展，迅速达到自由面，同时剩余能量释放，使得碎块崩出，这就解除了煤粉核的约束状态，煤粉核本身积聚的能量也突然释放出来。3.2 掘进工作面除尘设计 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。3.2.1 掘进工作面掌子头（3至5米）处的除尘方案。矿井通风排尘是指稀释与排出矿井空气中的粉尘的一种除尘方法。矿内各个产尘点在采取了其他防尘措施后，仍会有一定量的粉尘进人矿井空气中，其中绝大部分是小于10微米则的微细粉尘，如果不及时通风稀释与排出，将由于粉尘的不断积聚而造成矿内空气的严重污染，危害矿工的身心健康。矿井通风排尘是矿井综合防尘的重要一环，要更好地发挥通风排尘的作用，首先需要掌握粉尘在空气中的运动规律。 3.2.1.1 粉尘在空气中的特性尘粒在空气中运动特性的研究属于气固两相流体力学范畴。对于通风排尘产生影响的尘粒运动特性主要有尘粒的沉降、扩散及抛射。粉尘的沉降规律尘粒在静止的空气中靠重力沉降，并受到气体的浮力和阻力的影响；当尘粒由静止状态开始降落时，降落的速度很小，阻力亦很小， 与此同时，沉降过程中尘粒的沉降速度不断增加，尘粒呈加速运动。随着降落速度的增加，阻力亦随之增大，当阻力、浮力、重力平衡时伞粒的沉降速度将达到最大的也是恒定的数值，尘粒即以此数值作等速运动，此时的速度VxVpc，称为尘粒的沉降速度.当尘粒达到沉降速度作等速沉降时，加速度为零。的球形矽尘在静让空气中()的沉降速度。粉尘粒子的扩散由于布朗运动，在某一空间内的微小的粉尘粒子数目将随时变化，这一数量浓度随时间的变化进程，宏观上称作扩散现象。粒子从高浓度区域向低浓度区域扩散，逐渐使浓度均一化。在矿井中，粉尘扩散所受的作用力主要有重力、机械力和风力。与矿井风流力引起的扩散速度相比，微细粉尘靠重力扩散的速度十分小重力作用不能脱离风流的控制。粉尘受到机械力的作用可获得较高的初速度，但速度的衰减亦很快，使矿井粉尘扩散和运动的主要作用力是风流力。按风流力的不同作用，大体可分为以厂两种气流：一次尘化气流一次尘化气流是在产尘过程中产生的气流，是使粉尘飞扬扩散于矿井作业空间的主要动力。它包括惯性运动诱导产生的气流，如车辆运行、大块矿岩屑的飞溅等；爆破冲击波气流以及矿岩下落时与空气产生阻力而引起向四周分散的剪切气流等。从防尘角度讲，应具体分析了解每一生产工艺中产生一次尘化气流的过程，采取相应措施，尽量减小其对粉尘的扩散作用或将气流控制于一定的空间内。二次尘化气流二次尘化气流是由外部进入的气流，主要是矿内气流，其他如凿岩机漏气等亦属于此。二次气流使飞扬于空气中的粉尘向更大范围扩散和运动。控制其造成污染的最好方法是加强通风、排出粉尘。尘粒的抛射粒度不同的尘粒以很大的初速度通过空气抛出，然后由于空气的摩擦阻力，尘粒运动速度减慢，最终由于重力作用而达到沉降。在井下回采时的截割、装运、掘进中的钻进及各种装卸工序中都有尘粒的抛射现象发生。设20，=4.0 ，计算不同时间内的尘粒抛射速度及水平运动距离的数值。3.2.1.3 长压短抽式通风系统技术要求（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。（2）压、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。（3）长压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。3.2.1.4 通风系统（1）通风线路：新鲜风流从地面副井丁戊组石门主斜井中部联巷由风机经600mm风筒进入掘进工作面。（2）乏风由联络巷工作面主斜井中部联络巷丁戊组石门串入四矿用风工作面。3.2.1.6 掘进工作面放炮自动喷雾装置结构主要由喷嘴、放炮喷雾主体、重锤、翻版及控制阀等组成，（如图）原理是： 当掘进工作面放炮后，爆破冲击波将翻板6掀到图所示的虚线位置，重锤5落下，同时风水管路的阀门3被打开，压风管9和进水管8与喷嘴1联通，高压风与静压水同时进入管内，水在高压风的作用下从喷嘴l喷出水雾，起到消尘作用。为了防止水倒流进入压风管内，在进风管上安设逆止阀4。另外，为了保证风压高于水压在01MPa，进风管和进水管上分别安设了风压调节阀7，进行人工调节风水压力比，以获得满意的效果。3.2.1.7 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。喷雾器的布置应以水幕布满巷道断面为原则，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。3.2.1.6 机掘工作面综合防尘系统掘进工作面的基本情况，综合防尘系统采用了高压外喷雾高效降尘系统、机载液动除尘器抽尘净化系统和光控自动水幕除尘系统。1高压外喷雾降尘系统2原理及特点喷雾降尘是降低煤矿采掘工作面粉尘浓度的有效措施之一。外喷雾的降尘效果在很大程度上取决于截割滚筒周围是否能形成均匀的喷雾水幕，以阻止粉尘向外扩散并消除尽可能多的粉尘。高压喷雾具有雾粒细、速度高、射程远、水量较小、覆盖面积大、降尘效率高，喷嘴不易堵塞等显著优点，在煤矿防尘中得到广泛应用。3系统组成与配套安装高压外喷雾降尘系统主要由高压喷雾泵站(高压喷雾泵、自动控制水箱、防爆开关)、KI13高压胶管和高压喷嘴组成。高压喷雾泵站安装在桥式转载机靠高帮侧的巷道内。高压喷雾泵站利用KJ13高压胶管与高压喷嘴相连。高压喷雾泵站随着掘进机的不断前进需要每天向前移动一次。根据高压喷嘴的基本性能参数可知：高压喷嘴离截割滚筒太近，高压喷雾水流到达滚筒时没有充分打开，而且喷雾中心速度到达煤壁时的速度过大，不利于喷雾水对粉尘的控制，同时还容易将已割的浮煤重新吹扬起来，造成粉尘的二次飞扬；高压喷嘴过远，又不能在割煤过程中对粉尘产生的瞬间将粉尘控制，当粉尘飞扬起来后，更不容易将粉尘控制。根据掘面的实际情况和试验情况，高压喷嘴离迎头11.5m时喷雾降尘效果比较理想。6个高压喷嘴平均布置在环形喷嘴座上，喷嘴座由40，壁厚5mm的2个半圆圈组成，用M20150mm的螺栓将2个半圆形喷嘴座紧连在摇臂上。高压喷雾的压力越高，雾化效果越好，控尘和降尘效果越显著。但雾粒越细抗吹散能力越低，雾粒会在压人式供风作用下被吹散而弥漫整个巷道，影响掘进机司机的视线。因此在有效降尘的情况下，应尽量减小喷雾压力。经过试验，泵出口压力降到68MPa时，司机能比较清楚的看到截割头，粉尘浓度上升并不明显，因此在实际使用过程中将泵的出口压力调到68MPa比较合适。4机载液动除尘器除尘系统（1）原理及特点机载液动除尘器是由掘进机液压系统高压油直接驱动的掘进机机载除尘净化装置。液动除尘器除具有控制掘进机作业所产生粉尘并实现就地净化的功能外，它对风流的强抽吸作用还能增强掘进机切割头附近风流的流动速度，防止瓦斯在切割头附近积聚，提高了掘进机作业的安全性。除尘器安装在掘进机机身平台上，吸风口直接抽吸掘进机割煤所产生的含尘气流，从而可以很方便地随掘进机一起移动，由掘进机司机直接控制除尘器的运行。通过调节供给液压马达的油量，可实现对风机的无级调速，获得不同的处理风量，以适应不同压人式供风量的要求。除尘器具有体积小、净化粉尘效率高、功耗低、耗水量少、维护简单等特点。（2）配套安装1)将除尘器固定在掘进机机面上靠高帮侧，其吸风口超过操作司机位置前2m；2)除尘器的进风集流器对准粉尘扩散源或含尘风流的扩散通道；3)用适当长度的排污软管将除尘器的排污水引向桥式转载机，实现排污；4)除尘器油路系统利用ELMB一75C型掘进机的振动泵液压系统，将除尘器上标有进、回油及泄油管路与振动泵的进、回油及泄油管路直接对接；5)除尘喷雾用水为掘进机外喷雾用水。5巷道光控净化水幕在掘面除采用高压外喷雾及机载液动除尘器除尘系统外，对于未被沉降处理进入回风流的粉尘，在距迎头15m的位置安装1道光控净化水幕。喷雾架安装在桥式转载机上，可以随机移动，喷雾采用低压水，可实现当人员接近水幕时，自动停止喷雾，人员远离水幕时自动打开喷雾。6压入式风筒口距综掘面迎头的距离压入式风筒口距综掘面迎头的距离直接影响综合防尘的效果。距离过小则工作面产生的粉尘和高压喷雾雾粒极易被强大的风流带出工作面，不利于机载除尘器的收尘。距离过大则排尘风速过小，不易形成吹、吸气流和有效排出瓦斯。根据实际情况和对压人式风筒口距综掘面迎头距离的试验情况，当压人式风筒口距迎头4.5m时使用综合防尘系统的降尘效果达到相对最佳，为保证正常的生产需要和达到比较好的降尘效果，压人式风筒口距综掘面迎头的距离可以调整在36米。3 效果考察为考察该综合防尘系统的降尘效率，集团公司专职测尘人员进行了试验跟踪测定效果比较，测试地点为综掘机司机位置(距迎头5m处)和距迎头20m处，同时对压人式风量和除尘器抽出式风量进行了实测。 4 结论1)从使用综合防尘系统后粉尘浓度测定结果可见：距迎头5 m处的总粉尘降尘效率达到916 ，距迎头20 m处的总粉尘降尘效率达到835 ，有效地改善了掘进机作业过程中高浓度粉尘状况。2)在现有条件下，压人式风筒口距迎头45 nl时使用综合防尘系统的降尘效果达到相对最佳。结合现场实际情况和生产需要，建议将压人式风筒口距迎头的距离保持在36 m。3)为保证掘进机司机能比较清楚地看到截割头，同时综合防尘系统也能有效地降低粉尘，在实际使用过程中建议将泵的出口压力调到68 MPa。3.4.1.7人工掘进及锚喷支护防尘1采用向上式混式凿者机或湿式锚杆眼钻机打垂直于顶板或倾角较大的锚杆眼时，宜采用YSP46型向上式湿式凿岩机或MZ系列湿式液压锚杆眼钻机。2改干喷为湿喷经矿区具体试验证明，改干喷为湿喷(半湿式)，不仅能显著降低喷头处的粉尘浓度，而且对卸料、拌和、过筛和上料等各主要工序地点的粉尘浓度均会明显下降，其降尘率一股都能达75以上。3低风压近距离喷射试验证明，喷射机的工作风压和喷射距离直接影响着喷射混凝土工序的产尘量和回弹率，作业点的粉尘浓度随工作风压和喷射距离的增加而增加。4推广使用SPl型逆向加水喷头为减少喷射产尘和降低回弹，哈尔滨煤矿机械研究所和鹤岗矿务局富力煤矿共同研制出了SPl型防尘、降回弹新型喷头。5水幕除尘为了净化锚喷支护掘进巷道的含尘风流，据风井的试验，可设三道水幕进行除尘：第1道水幕设置在距局扇2030m处，净化进风；第2道水幕设置在距掘进和锚喷支护作业点150200m处，净化从作业点流出的含尘风流；第3道水幕设置在装岩机后，距掘进和锚喷支护作业点80m左右处，净化掘进施工和锚喷作业产生的悬浮于空气中的粉尘。试验中水幕的水压控制在1.41.5MPa，在内径为19.0525.4mm的供水管上，布置了9l0个喷嘴，保持0.81th的耗水量，一般都达到了50左右的除尘效率。对水幕除尘效率影响的重要因素之一是风流速度，它的除尘效率随风流速度的降低而增高。6应用MLC1型混凝土喷射机等专用除尘器干喷作业的各产尘点中，以混凝土喷射机的上料口和排气口的产尘量最多。为重点降低这两个产尘点的粉尘浓度，近年来研制出了多种与混凝土喷射机配套的专用除尘器。其中MLC1型的除尘效果突出。7个体防尘个体防尘是锚喷文护作业中实行综合防尘的辅助措施。对于井下的其它产尘作业场所也是如此。当采取其它综合防尘措施后，仍未使作业场所的粉尘浓度达到卫生标准的情况下，作业人员须配戴个体防尘用具，如AFK1型送风式防尘口民AFM1型防尘安全帽；AYH系列压风呼吸撒或自吸过滤式口罩。4 技术经济分析4.1 投资费用本系统投资费用主要包括设备购置费用、 工人的工资及建成后的维护费，系统的工作时间按5年计算，其费用初步预算如下：4.1.1 设备投资设备投入主要包括以下几个方面：除尘器、风机及电机、管道、弯头、支架和密闭罩等。4.1.2人工费用人工费是指工人的工资，所需的人工费用为：人工费用=工人的工资工人的人数工作的天数本系统安装过程中，工人的工资为40元/天，人数为10人，工作时间为1个月。所以，人工费用为：401030=12000，元4.1.3 系统管理及维护费用系统建成投入使用后，需要技术人员进行管理和定期的检测，系统工作时间按10年计算，管理及维护人员为8人，工资为每月2000元，所需投入的费用为：58122000=96，万元5.1.4 总投资费用总的投资费用包括设备费、人工费及建成后的管理维护费，所用的费用除了预算的投入外，还应包括3%的不可预见投资。总投资费用为：（56.4+1.2+96）（1+3%）=158.208万元4.2 系统的经济性分析系统的经济性分析，是指对系统的投资能否为企业带来经济效益的分析，通过比较投资费用和系统为企业带来的效益可以确定系统的设计是否合理。4.2.1系统的经济效益分析系统为企业带来的经济效益，包括系统减少设备对环境影响所造成的损失和对其他设备造成的影响及对人产生的危害。（1）对环境造成的影响系统建成后，对环境造成的影响忽略不计。（2）对其他设备的影响粉尘将会对高级、精密仪器、仪表等设备造成损害，初步估计，粉尘每年最设备造成的损失为10万元每年。系统建成后，对设备造成的影响忽略不计。（3）对人体造成的伤害粉尘进入呼吸道后，可以引起各种各样的职业病，对职工造成伤害和对其他人员的赔偿，初步估计每年投入的费用为50万元。系统建成后，系统产生的粉尘对人体造成的影响忽略不计。（4）粉尘的其他影响粉尘造成的伤害对企业形象的影响，造成的经济损失估计为10万元每年，系统建成后，不利的影响将消失。4.2.2系统经济性比较综上可知系统建成前，设备带来的经济损失约为：705=350万元相对系统的投资，带来的经济性为：350-158.208=191.792万元因此系统的设计符合经济性要求。致 谢在本次设计中得到了矿区领导及工友的