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專題部分 綜合防塵技術(shù)在陳四樓煤礦的應(yīng)用 1. 前言 煤礦粉塵影響礦井安全生產(chǎn)，威脅職工身體健康，是煤礦五大災(zāi)害之一。隨著礦井開采強(qiáng)度和機(jī)械化程度的不斷提高，礦井產(chǎn)塵點(diǎn)和產(chǎn)塵量也不斷增加，煤礦作業(yè)產(chǎn)塵濃度也有所提高，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)和職工的身體健康。有效控制粉塵，降低粉塵濃度，杜絕煤塵事故，是煤礦安全生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，抓好礦井綜合防塵工作，對促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)，保障職工身體健康具有重大意義。永煤集團(tuán)有限公司陳四樓礦圍繞礦井綜合防塵工作，依靠科技進(jìn)步，完善裝備，加強(qiáng)管理，取得了顯著效果，促進(jìn)了礦井的安全工作。 煤礦粉塵的危害性表現(xiàn)在引起工人患塵肺病、發(fā)生煤塵或瓦斯煤塵爆炸事故、影響作業(yè)安全和危害礦區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境等多方面。其中煤礦工人塵肺病的發(fā)生具普遍性，煤塵及瓦斯煤塵爆炸事故具有突發(fā)性和危害嚴(yán)重性；當(dāng)煤塵濃度達(dá)到一定程度時影響作業(yè)人員的視線，會引起傷亡事故，影響勞動生產(chǎn)效率，還會引起設(shè)備安全運(yùn)行。煤礦向大氣中排放的粉塵對礦區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境有很大影響，對生活環(huán)境、植物生長環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。 研究結(jié)果與實(shí)際情況表明:礦塵是一種極為有害的物質(zhì),包含刺激人的呼吸系統(tǒng),使呼吸道發(fā)炎并增加輕微呼吸失調(diào)的機(jī)率(感冒、流行性感冒) ,會阻塞毛孔,導(dǎo)致皮膚病或發(fā)炎,經(jīng)常接塵者嚴(yán)重的會患上塵肺病。 塵肺病是礦塵危害人體的一種嚴(yán)重病癥,輕者使人喪失勞動力,重者可導(dǎo)致礦工死亡。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明,由于歷史的原因,我國塵肺病的發(fā)病率相當(dāng)高。從衛(wèi)生部召開的第十屆職業(yè)性呼吸系統(tǒng)疾病國際會議新聞發(fā)布會上獲悉:我國目前職業(yè)病防治工作的形勢依然十分嚴(yán)峻,全國有毒有害企業(yè)超過1600多萬家,受到職業(yè)危害的人數(shù)超過2 億。據(jù)2003 年全國報(bào)告各類職業(yè)病發(fā)病人數(shù)為10467 例,其中塵肺病發(fā)病數(shù)占80 % ,煤工塵肺病患者占85. 6 %。2002 內(nèi)全國死于塵肺病的患者達(dá)2343 名。據(jù)統(tǒng)計(jì),50 年代以來我國報(bào)告累計(jì)塵肺病例58 萬多人,已死亡14萬多人,現(xiàn)有患者44 萬多人。由于目前廠礦企業(yè)勞動者的體檢率低,報(bào)告不全,專家估計(jì)塵肺實(shí)際發(fā)生的病例數(shù)不少于100 萬例。河南省也不例外,據(jù)統(tǒng)計(jì)至2004 年末,河南省屬煤礦從1958 年建礦以來歷年累計(jì)查出的塵肺患者5725 人,其中:退休4605 人,在職961 人,1 期2977 人,2 期2321 人,3 期427 人。 為此,能否搞好煤礦綜合防塵工作,不僅直接關(guān)系到礦工的身體健康和保護(hù)礦工勞動積極性的問題,而且也直接影響到國家聲譽(yù)和社會、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此各級領(lǐng)導(dǎo)必須深刻認(rèn)識到,若在煤礦粉塵防治上不采取有效的綜合措施,粉塵危害就會日益加重。所以,多年來全國各煤礦高度重視煤礦粉塵的綜合防治工作,進(jìn)一步強(qiáng)化綜合防塵技術(shù),并采取了許多積極有效的措施,從根本上降低了塵肺病的新發(fā)病率。從近幾年的礦工健康體檢情況看,煤礦塵肺病新發(fā)現(xiàn)病例較少,得到了有效控制。 顯而易見,為防止礦工患塵肺病,關(guān)鍵的工作就是要搞好煤礦的綜合防塵,最大限度地降低粉塵濃度。目前發(fā)達(dá)國家對粉塵的有效控制,主要是采用阻斷、抑制、隔絕、運(yùn)移、沖淡等手段。 2. 塵源簡析 2.1. 綜采工作面塵源分析 綜采工作面產(chǎn)生塵源主要有割煤、移架、轉(zhuǎn)載、破碎等生產(chǎn)工序，其中機(jī)組割煤是工作面最大的產(chǎn)塵點(diǎn)。占整個工作面產(chǎn)塵量的60%左右，其次為移架，破碎、轉(zhuǎn)載等工序。陳四樓綜采工作面在無任何防塵措施的情況下，主要工序的平均產(chǎn)塵濃度見表1. 表1 陳四樓綜采工作面主要工序的平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計(jì)表 生產(chǎn)工序 測塵地點(diǎn) 平均粉塵濃度（mg/m3） 全塵 呼吸性粉塵 機(jī)組割煤 機(jī)組回風(fēng)側(cè)10m處 3074.2 365.0 移架 移架回風(fēng)側(cè)5,m處 877．5 60.0 破碎機(jī) 破碎機(jī)回風(fēng)側(cè)5m處 285.0 20.8 2.2. 掘進(jìn)工作面塵源分析 掘進(jìn)工作面產(chǎn)生塵源主要有掘進(jìn)機(jī)割煤、噴漿作業(yè)、轉(zhuǎn)載、放炮、扒裝等工序，陳四樓掘進(jìn)工作面再無任何防塵措施的情況下，主要工序的平均產(chǎn)塵濃度見表2 表2 陳四樓掘進(jìn)工作面主要工序的平均產(chǎn)塵濃度統(tǒng)計(jì)表 生產(chǎn)工序 測塵地點(diǎn) 平均粉塵濃度（mg/m3） 全塵 呼吸性粉塵 掘進(jìn)割煤 機(jī)組回風(fēng)側(cè)10m處 660.0 25.0 掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸轉(zhuǎn)載 轉(zhuǎn)載點(diǎn)回風(fēng)側(cè)5,m處 324.0 24.0 噴漿作業(yè) 噴漿罐回風(fēng)側(cè)5m處 328.1 16.8 放炮作業(yè) 迎風(fēng)外30m處 23.8 3．3 2.3. 防塵工作的重點(diǎn) 1）綜放工作面機(jī)組割煤產(chǎn)塵量最大，是防塵工作的關(guān)鍵，其次為移架、放煤、破碎等四大工序，是防塵工作的重點(diǎn)。 2）掘進(jìn)工作面防塵重點(diǎn)依次為掘進(jìn)機(jī)割煤、噴漿作業(yè)、掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸轉(zhuǎn)載、放炮作業(yè)等工序。 2.4. 防治煤礦粉塵應(yīng)遵循以下基本原則： （1） 貫徹以預(yù)防為主的方針，最大限度的防治粉塵的產(chǎn)生，特別要防止富有粉塵的產(chǎn)生。（2） 實(shí)施綜合防塵措施，將粉塵濃度降到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)一下。（3） 將粉塵處理在塵源地點(diǎn)，避免其擴(kuò)散、飛揚(yáng)和進(jìn)入風(fēng)流中。（4） 把已經(jīng)浮游的粉塵沉降下來或捕積起來。（5） 充分發(fā)揮通風(fēng)除塵作用。（6） 除塵設(shè)備必須適應(yīng)塵源的移動性。（7） 各種防降塵措施提高呼吸性粉塵的降塵率， 保障工人的身體健康。（8） 選擇安全可靠和易于實(shí)現(xiàn)的防止和隔絕煤塵爆炸的措施，確保礦井的安全生產(chǎn)。 2.5. 防塵工作的指導(dǎo)方針 1 　依法治塵　建立健全綜合管理體系 　　做好礦井的綜合防塵工作,是搞好礦井“一通三防”工作的重要組成部分,也是保證礦井安全生產(chǎn)的重要舉措。根據(jù)國家的法律、法規(guī)和集團(tuán)公司的具體要求,同時結(jié)合粉塵治理工作上的實(shí)際特點(diǎn),成立礦、區(qū)(科) 、班組和個人4 級綜合防塵管理體系。礦成立以總工程為組長的綜合防塵領(lǐng)導(dǎo)小組,每月召開1 次礦井綜合防塵工作例會,負(fù)責(zé)解決礦井在綜合防塵工作中出現(xiàn)的一些具體問題,研究和布署礦井綜合防塵的具體工作,以此推動礦井綜合防塵工作健康穩(wěn)步向前發(fā)展;區(qū)(科) 成立以區(qū)(科) 長為組長的區(qū)(科) 級綜合防塵領(lǐng)導(dǎo)小組,各區(qū)(科) 明確1 名副區(qū)(科) 長負(fù)責(zé)綜合防塵工作,同時各區(qū)(科) 根據(jù)自己的工作職責(zé)范圍,相應(yīng)成立不同類型的綜合防塵隊(duì)、組,負(fù)責(zé)本單位的綜合防塵工作。這樣,全礦就形成了一級抓一級,一級管一級,層層負(fù)責(zé)的綜合防塵管理責(zé)任制的網(wǎng)絡(luò)體系。 2 　建章立制　規(guī)范管理　嚴(yán)格落實(shí) 　　從實(shí)際出發(fā),以建立制度為基礎(chǔ),規(guī)范管理為重點(diǎn),嚴(yán)格落實(shí)為根本,在原有綜合防塵管理制度的基礎(chǔ)上,充分完善了各個層次的綜合防塵管理和職責(zé)。根據(jù)綜合防塵工作的需要,把井下所有地區(qū)按照生產(chǎn)和輔助單位管轄的范圍不同,明確規(guī)定了各個單位在綜合防塵范圍及職責(zé);并做到定期修訂,檢查落實(shí)。礦主管綜合防塵的領(lǐng)導(dǎo)親自組織和落實(shí)每旬1 次的全礦性綜合防塵大檢查,對在現(xiàn)場查出的問題堅(jiān)持做到“小問題不過班,大問題不過天”的原則,現(xiàn)場能處理解決的問題,必須全部解決,現(xiàn)場不能解決的問題必須找出責(zé)任者,由礦調(diào)度室、安全科、通風(fēng)區(qū)組織責(zé)任單位和責(zé)任人進(jìn)行分析,找出原因。同時,堅(jiān)持“三不放過”原則,使責(zé)任者接受教育,并對單位正職和分管防塵領(lǐng)導(dǎo)及責(zé)任人按照礦綜合防塵獎罰規(guī)定進(jìn)行處罰。各單位必須執(zhí)行采、掘工作面及順槽每天進(jìn)行1 次巷道沖洗粉塵和其它開拓、準(zhǔn)備巷道每15 天沖洗1 次的沖洗制度,井下主要大巷堅(jiān)持每半年沖洗刷白1 次制度,采掘工作面必須執(zhí)行濕式打眼、水炮泥放炮、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧灑水,放炮地點(diǎn)30m 范圍內(nèi)自動噴霧灑水凈化風(fēng)流。 狠抓綜合防塵工作的源頭管理,明確規(guī)定安檢員、瓦檢員、放炮員負(fù)有對本地區(qū)的綜合防塵工作的監(jiān)督檢查權(quán)力,對在生產(chǎn)現(xiàn)場中不執(zhí)行綜合防塵措施的采掘工作面有權(quán)停止生產(chǎn),有權(quán)對責(zé)任者進(jìn)行處罰。通過采取各種有效的監(jiān)督管理手段,形成了人人自覺做好防塵工作的濃厚氛圍。 3 　依靠技術(shù)創(chuàng)新　實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)與綜合防塵一體化 大搞技術(shù)革新和技術(shù)改造,充分把技術(shù)含量高的設(shè)備應(yīng)用到綜合防塵上來,為綜合防塵工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 3. 綜放面的綜合防塵 針對綜放面的產(chǎn)塵特點(diǎn)，本節(jié)結(jié)合陳四樓煤礦南翼采區(qū)2101綜采工作面的具體情況，提出以煤層注水、采煤機(jī)與頂板支架自動噴霧為主，研制新型拉架抽塵裝置和機(jī)械式防塵罩為輔的綜合防塵技術(shù)。 3.1. 2101綜采面概況 2101綜采面開采的是礦區(qū)二2煤層，屬石炭系太原組緩傾斜厚煤層，是本礦區(qū)的主采煤層。由于該煤層的“三軟”特性，致使采煤機(jī)割煤、移架，裝載時產(chǎn)塵強(qiáng)度大、粉塵濃度高。 該工作面走向長度250m，傾斜長度400m，煤層傾角為6 -8°，平均7°，煤層厚度2-3m，平均2.45m，煤體密度為1.4t/m3。煤質(zhì)情況見表1。 表3 二2煤層媒質(zhì)工業(yè)分析 煤層名稱 牌號 水分 （%） 灰分 （%） 揮發(fā)分（%） 發(fā)熱量（Mj/kg） 硫分 （%） 二2 FM 1.75 10.05 38.35 21.667 0.38 該煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)條件較為簡單，在進(jìn)、回風(fēng)巷的掘進(jìn)過程中，未見斷裂構(gòu)造。煤層底板呈起伏不平狀。進(jìn)、回風(fēng)巷的實(shí)測瓦斯?jié)舛葹?.02-0.3%左右，自然發(fā)火期為33-39個月，煤塵爆炸指數(shù)為40.44%。 采煤方法為走向長壁后退式綜合機(jī)械化采煤方法，割煤使用MXA-300/3.5D型雙滾筒采煤機(jī)，截深0.8m，采高2.5m；工作面支護(hù)使用ZZPF4800/17/33型支撐掩護(hù)式支架，移架步距0.8m。 煤的潤濕性是煤的一項(xiàng)很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù),除在煤化工中應(yīng)用外,在煤礦開采及安全中亦有重要作用,特別是煤層預(yù)注水防塵中。但我國許多礦區(qū)煤的潤濕性不好,注水速度低,注入水量達(dá)不到降塵的要求。將表面活性添加劑加至注入水中作為提高煤體注水速度與注水量的措施在國內(nèi)外有廣泛應(yīng)用。 選取陳四樓煤礦二2煤層的煤樣,通過測定煤樣在純水和添加表面活性劑后的溶液中的接觸角和吸濕速度,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到煤層注水時選擇表面活性劑的種類及其最佳濃度。 有關(guān)煤層注水的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和具體措施在第五章中已經(jīng)詳細(xì)介紹，下面就改善煤層注水效果進(jìn)行有關(guān)研究。 表面活性劑和接觸角 煤是非均質(zhì)、成分復(fù)雜的不同孔隙的多孔介質(zhì),煤層內(nèi)具有的孔隙和裂隙,形成了煤體內(nèi)既有連通網(wǎng)絡(luò)又有孤立空間的空間系統(tǒng),它們有巨大的孔隙表面。這個空間系統(tǒng),既是氣、水在煤體內(nèi)運(yùn)移的通道,又是煤體內(nèi)儲存氣、水的空間。煤層注水就是水在該空間系統(tǒng)中運(yùn)移、擴(kuò)散、儲運(yùn)的極復(fù)雜的水動力學(xué)和物理化學(xué)過程。煤層注水時,首先是水在壓力作用下,沿煤裂隙和大孔隙的滲透過程,繼而是水在毛細(xì)管力和表面現(xiàn)象等物理化學(xué)作用下進(jìn)行的自運(yùn)動。從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知,液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上,體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角,在煤層注水工藝中,煤體是不可改變的,為此在研究陳四樓礦煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時,必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。 1、表面活性劑的特點(diǎn) 凡在低濃度范圍內(nèi),能使溶液的表面張力顯著降低,并使溶質(zhì)在表面上濃度較內(nèi)部濃度大的物質(zhì),稱為表面活性劑。 表面活性劑有2 個共同特點(diǎn),一是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的兩親分子,即分子的一端親水,稱為親水極性基,另一端親油或親氣,稱為憎水的非極性基;二是溶液表面層狀態(tài)上分子的定向排列,即親水的一端插入水中,憎水的一端伸向空氣。由于兩親,它們能盡量覆蓋水氣表面以降低水的表面張力;由于分子定向排列,一定的表面層內(nèi)才能容納更多的分子,使表面張力降至最低。表面活性劑按其結(jié)構(gòu)可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型和混合型,都可以降低水的表面張力,改變其接觸角的特性。但隨著固- 液接觸時,固體種類和其表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化,不同種類的表面活性劑所能達(dá)到的潤濕效果也不相同。陽離子型的表面活性劑絕大部分是有機(jī)胺的衍生物,當(dāng)其溶液與低能表面煤作用時,溶液顯酸性,有機(jī)胺易析出,從而失去表面活性作用,所以陽離子型的表面活性劑不適用于煤層注水。因此,我們選出了4 種有代表性并且廉價(jià)易得的表面活性劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),見表1 。 表4　表面活性劑及其類型 編　號 名　稱 類　 型 1 # 洗衣粉 陰離子,非離子復(fù)配物 2 # 十二烷基硫酸鈉 陰離子 3 # 十二烷基苯磺酸鈉 陰離子 4 # TX - 100 非離子 2、表面活性劑的潤濕性 圖1 固液表面接觸角 將液體滴在固體表面上,由于液體和固體表面性質(zhì)的不同,有時液滴會在固體表面鋪展開來,有時則粘附在表面上成為平凸透鏡狀,這種現(xiàn)象稱為潤濕,其實(shí)質(zhì)使界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論,液體在固體表面形成液滴,達(dá)到平衡時,液體滴呈現(xiàn)一定的形狀,如圖1所示。圖1 中A 點(diǎn)是平衡時氣、液、固三相交界點(diǎn)。A N 是液- 固界面, 過A 點(diǎn)作液滴表面切線AM , 則AM 與A N 之間的夾角θ稱為接觸角。煤作為一種固體,與液體間的潤濕性(主要是煤與水間的潤濕性) 也滿足Young 方程。由Young 方程可以看出,固液間的接觸角是一種很好的表征固液間潤濕性能大小的方法。因此,對煤的潤濕性的測定,可以通過測定煤與水的接觸角來得到。通過成型粉煤的壓縮面作為測定接觸角的煤表面這種實(shí)驗(yàn)方法,利用JY -82 型接觸角儀器測得到二2煤層的接觸角分別為74°。 表5 添加表面活性劑后的接觸角 名稱 濃度/ % 0. 01 0. 02 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 洗衣粉 40 31 26 11 6 0 十二烷基硫酸鈉 43 37 27 14 10 0 十二烷基苯磺酸鈉 22 15 7 0 0 0 TX-100 15 0 0 0 0 0 通過以上表面活性劑與接觸角的關(guān)系,可以得到4 種表面活性劑達(dá)到接觸角為0°(即在煤樣表面完全鋪展開時) 的溶液濃度分別為: TX - 100 溶液濃度為0. 03 % ,洗衣粉濃度為0. 2 % ,十二烷基苯磺酸鈉溶液濃度為0. 1 % ,十二烷基硫酸鈉溶液濃度為0. 2 %。 煤樣吸濕速度試驗(yàn) 盡管表面張力和接觸角是衡量表面活性劑溶液潤濕煤體的重要參數(shù),但潤濕煤體還與表面活性劑溶液之間的化學(xué)力、物理化學(xué)力和機(jī)械力有關(guān)。為此,我們還需要選取能綜合體現(xiàn)上述各種力共同作用效果的煤樣吸濕速度作為研究對象,進(jìn)行煤樣在4 種表面活性劑同一濃度的溶液中的吸水實(shí)驗(yàn)。通過煤樣在不同的表面活性劑溶液中吸收液體的速度的快慢來進(jìn)一步確定最佳表面活性劑。將尺寸為5 cm ×5 cm ×5 cm 的煤樣用石蠟完全密封。陳四樓二2煤樣4個。制備表面活性劑的溶液: TX- 100 溶液濃度為0. 03 % ,洗衣粉濃度為0. 2 % ,十二烷基苯璜酸鈉溶液濃度為0. 1 % ,十二烷基硫酸鈉溶液濃度為0. 2 %。將按上述方法制做的煤樣用托盤天平稱量后,用直徑< 0. 5 mm 的漆包線懸掛于盛有溶液樣品的液面上,液體浸沒煤樣深度為50 mm ,以排除靜水壓力對煤樣吸濕速度的影響。浸泡80 h 后,得到2煤層煤樣吸水率隨時間的變化關(guān)系。為了更清楚的看到添加表面活性劑后煤體的吸濕效果,在試驗(yàn)之前對煤樣進(jìn)行了純水吸濕速度試驗(yàn),試驗(yàn)時間也為80 h 。 最終結(jié)果表明： (1) 無論煤樣在純水還是一定濃度的表面活性劑溶液中,在開始的10～20 h 內(nèi),吸液增長速率上升很快;10～20 h 后,吸液增長率上升很緩慢或者保持不變。這是因?yàn)?經(jīng)過10～20 h 后,煤層吸水量達(dá)到一定程度,吸液速度保持平穩(wěn)。 (2) 煤樣在各表面活性劑溶液中的吸液速率大于在純水中的,其中陳四樓二2 煤層煤樣在0.1 %的十二烷基苯磺酸鈉中的吸液速度最大,是在純水中的2. 58 倍。 結(jié)　論 (1) 表面活性劑能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角,提高煤層注水的效果。 (2) 適用于陳四樓二2煤層注水的最優(yōu)表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉,最優(yōu)濃度為0. 1 %。 3.2. 磁化水加強(qiáng)注水效果 煤層注水是煤礦防治各類災(zāi)害的一項(xiàng)措施.隨著機(jī)械化程度的提高，傳統(tǒng)的注水措施已無法將日益增加的產(chǎn)塵量降低至國家標(biāo)準(zhǔn).因此，開始研究采用物理化學(xué)方法改善水的潤濕與滲透性能，如在水溶液中添加表面活性物質(zhì)，取得了一定效果.但表面活性物質(zhì)易造成地下水資源的污染.因此，尋求更好的煤層注水措施具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.磁化水就是將普通水以一定的速度通過合適磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁場得到的處理水。1945 年，比利時人T. Vermeriven 獲得了用磁化水減少鍋垢形成的專利，并廣泛應(yīng)用.隨后各國在磁處理水這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，制出了許多種類的磁化裝置，用在鍋爐防除垢、農(nóng)業(yè)種植、混凝土、飲品行業(yè)、醫(yī)學(xué)、養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域中，也有學(xué)者曾對利用磁化水在煤層注水中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。本節(jié)分析磁化水的理化特性，研究磁化水進(jìn)行煤層注水時的增注機(jī)制. 磁化水的理化特性 磁場對水的表面張力的影響取自來水、蒸餾水為研究對象，在溫度為20 ℃，強(qiáng)、弱磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下，眾多學(xué)者研究得出了磁處理?xiàng)l件與水表面張力的關(guān)系如圖1。 圖1 表明水磁化后表面張力有明顯變化.磁場強(qiáng)度不同，表面張力下降不同，磁場對水表面張力的影響具有多極值特征，呈波動關(guān)系，強(qiáng)度在500T、5000T、8000T 時，下降最大，約為20％～25％。因此，在最佳的磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下，磁處理效果最好。 圖2 磁感應(yīng)強(qiáng)度與液體表面張力關(guān)系 磁場對巖石水飽和度的影響 表6 磁處理水前后巖芯吸水量實(shí)驗(yàn)結(jié)果 項(xiàng)目 巖芯質(zhì)量/g 飽和水后質(zhì)量/g 飽和水質(zhì)量/g 每克巖芯 飽和水/g 巖芯體積/10-6m3 吸水量 /（kg·m-3） 對比質(zhì)量吸水/% 對比體積吸水/% 清水 8.6096 8.173 0.0444 0.005157 4.3521 1.020 1.82 0.8 磁處理水 8.5051 8.5500 0.0449 0.005250 4.3665 1.028 在同一塊自然巖芯上取兩塊直徑為25 mm，厚為9 mm 的薄片，做吸水對比實(shí)驗(yàn)。室溫為20 ℃，使清水以0.17 m/s 的速度流過強(qiáng)度為250 mT 的磁處理器進(jìn)行處理，巖芯薄片飽和水時間為10 min，然后去游離水5 min，結(jié)果見表1。表明水經(jīng)磁處理后其飽和大，從而提高了水對煤巖介質(zhì)的吸水飽和度，改善了水的性能 磁場對水的粘度系數(shù)的影響 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下，對自來水做不同溫度的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：磁處理后水的粘度系數(shù)呈現(xiàn)多極值特征，溫度越高，磁化效果越不好.在20 ℃，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.25 T 時，水的粘度系數(shù)下降最明顯，降低幅度達(dá)到6.68％。 磁場對水結(jié)構(gòu)的影響 由于水體系中徑向分布函數(shù)g(r)是與時間無關(guān)的關(guān)聯(lián)性的量度，是對物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反映。對溫度為20 ℃，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.25 T 作用時水的徑向分布函數(shù)進(jìn)行 了計(jì)算。研究表明，外加磁場能夠改變水—水徑向分布函數(shù)，水分子的平均間距增大，這將使水的介電性質(zhì)和活性發(fā)生明顯的變化；同時由于水體系中包含大量的氫鍵，氫鍵鍵能和成鍵分子之間的距離有著密切關(guān)系，在優(yōu)化磁場(B=0.25 T)作用下，水分子平均間距增大，導(dǎo)致氫鍵減弱或部分氫鍵斷開，使水分子間氫鍵的平均數(shù)減少，部分水分子從水體系的分子團(tuán)中分離出來而成為自由的單體水分子和二聚體水分子，從而使水的表面張力系數(shù)降低，活性增大，水的滲透性和流動性增強(qiáng). 磁化水強(qiáng)化煤層滲透機(jī)理 煤體是一種由發(fā)育裂隙孔隙構(gòu)成的多孔介質(zhì).水在煤層裂隙、孔隙中的運(yùn)動規(guī)律宏觀上基本符合 達(dá)西定律.其數(shù)學(xué)表達(dá)式寫成微分形式為 v= ? (K/μ )(?p?z+ ) (1) 式中，v 為滲流速度; K 為滲透率;μ 為粘度系數(shù); ρ為密度;g 為重力加速度; ?p ?z 為水力梯度. 水磁化后粘度系數(shù)降低，由式（1）知滲流速度v 增大。水在注水壓力作用下，沿著煤體裂隙、節(jié)理、大孔隙以較大速度運(yùn)移，并迅速包圍被裂隙切割的煤體.這是因?yàn)樗?jīng)磁化后，較大的水分子集團(tuán)中的氫鍵會發(fā)生彎曲和局部斷裂，變成極性較強(qiáng)的單分子水，具有較強(qiáng)活性，使水的粘度系數(shù)降低，加快了水在煤體中的滲流速度；磁場使水分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，締合度大大降低，單位體積內(nèi)的水分子數(shù)增多，且具有較高能量，在注水壓力和毛細(xì)作用下，使?jié)撛诜忾]或壓緊閉合狀態(tài)的層理節(jié)理裂隙和孔隙不斷開裂且互相溝通，形成隨時間不斷擴(kuò)展的滲流通道，水的滲透范圍增大，提高了水在煤體中的滲透率，相應(yīng)減少了煤層注水時間，在滿足煤層注水效果的同時提高了注水效率. 磁化水對煤表面的潤濕作用 在固體表面上滴上液體，在未滴之前固體是和氣體接觸的，滴上液滴后取代了部分固--氣界面，產(chǎn)生了新的液--固界面.該過程稱為濕潤過程.水滴最典型兩種狀態(tài)如圖4在恒溫恒壓下，可逆鋪展一單位面積時，系統(tǒng)Gibbs 自由能的變化值為 ls +gl+gs S=-gs-gl-ls (2) 式中，ls，gl，gs分別代表液－固、液－氣和固－氣的界面張力，S 稱為鋪展系數(shù)，反映了液體在固體表面的鋪展能力，是液體在固體表面上的鋪展條件。接觸角θ 的大小與各相界面的表面張力達(dá)到平衡時的關(guān)系 cos=(gs-ls)/ ls, (3) 這就T.Young 濕潤方程，由于煤是低能表面固體，水不能在低能固體表面上鋪展.水被磁化后，表面張力降低，由式（2）知鋪展系數(shù)S 增大，分子從液體內(nèi)部移至表面所需的功變小，易于在煤表面鋪展；從潤濕方程（3）知，液體潤濕煤體的能力取決于它的表面張力，對某一固體表面，降低液體的表面張力，接觸角變小，潤濕能力增大，而磁化后水分子鏈(團(tuán))的氫鍵發(fā)生畸變、斷裂，分子間的平衡距離變大，引力常數(shù)變小，水分子得到活化，導(dǎo)致水的表面張力降低.而且磁化水的氫鍵斷裂，具有很強(qiáng)的極性，易與其它物質(zhì)發(fā)生吸附，同時，由于磁化水的表面張力降低，煤體與水表面的接觸角變小，在煤孔隙中，水的毛細(xì)作用增大，易于擴(kuò)散，水的表面張力越低，越容易在煤體界面上形成吸附，從而使煤體潤濕性提高，加強(qiáng)了注水效果。 綜上所述，水在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度作用下，水的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，尤其是水的表面張力和粘度系數(shù)的降低，使水的流動性增強(qiáng)，滲透性增大；同時磁場使水分子的活性增強(qiáng)，易于吸附在煤體表面，增加了煤體的潤濕性。所以開展磁化水在煤層注水中的研究具有良好的應(yīng)用價(jià)值。 結(jié) 論 （1）水經(jīng)磁場處理后，較大的水分子集團(tuán)鏈中的氫鍵會發(fā)生彎曲和局部斷裂，從而降低了水的表面張力，使得其與煤表面的相互吸引力增大，更容易在煤體表面形成吸附，增加了煤體的潤濕性。 （2）水經(jīng)磁場處理后，水的粘度系數(shù)降低，根據(jù)達(dá)西定律，加快了水在煤層注水中的滲流速度，使水在煤體中的滲透性增強(qiáng)，提高了水在煤體中的滲透率，并相應(yīng)縮短了煤層注水時間，提高了工作效率。 （3）磁化水理化特性的改變，改善了煤層注水的增注機(jī)制，提高了煤層注水的效果，磁化水在煤層注水方面具有良好的應(yīng)用前景。 3.3. 采煤機(jī)外噴霧系統(tǒng) 采煤機(jī)是綜采面最主要的塵源。其降塵方法，廣泛采用的是采煤機(jī)的內(nèi)外噴霧，《煤礦井下粉塵防治規(guī)范》也明確規(guī)定，采煤機(jī)應(yīng)安裝有效的內(nèi)外噴霧裝置。 國內(nèi)外的研究和實(shí)踐表明，采煤機(jī)的內(nèi)噴霧比外噴霧的降塵效果要好得多，特別是降低呼吸性粉塵的能力，內(nèi)噴霧比外噴霧降塵率高30%；當(dāng)采煤機(jī)采用內(nèi)外噴霧相結(jié)合，并以大部分水（約60%-80%）用于內(nèi)噴霧，不僅可獲得最佳的降塵效果，而且還能清除截齒摩擦產(chǎn)生火化引起瓦斯燃燒的可能。 開采選用MXA-300/3.5D型雙滾筒采煤機(jī)。為了充分發(fā)揮外噴霧系統(tǒng)的降塵效果，最終達(dá)到控制和凈化采煤機(jī)含塵風(fēng)流的目的，借鑒“采煤機(jī)新型噴霧降塵技術(shù)”，特提出MXA-300/3.5D型雙滾筒采煤機(jī)多頭聯(lián)合式外噴霧抑塵裝置設(shè)計(jì)。MXA-300/3.5D型雙滾筒采煤機(jī)多頭聯(lián)合式外噴霧抑塵裝置，由10個噴嘴、安裝在7個支管上構(gòu)成。噴嘴布置方式如圖3所示，噴嘴安裝角度見表7。 圖 3 采煤機(jī)多頭聯(lián)合式外噴霧抑塵裝置示意圖 表7 噴嘴安裝說明 支管（噴桿） 噴嘴個數(shù) 噴嘴在采煤機(jī)身上的位置 噴霧角度 X Y 1 距分流管尾部20cm 向工作面20° 向上15° 1 在與之間 向工作面30° 向上15° 1 距采煤機(jī)靠上順槽側(cè)端部30cm 向工作面40° 向上30° 3 距后搖臂約30cm的支管外端 向工作面30° 向上20° 2 距前搖臂約1m的支管里端 向工作面30° 向上20° 1 伸出采煤機(jī)后端面20cm 向工作面25° 向上15° 1 距前分流器管里端15cm 向工作面25° 向上15° 注：X—從平行于工作面的直線所測得的角度； Y—從平行于底面的直線所測得的角度。 噴嘴布置 按照各噴嘴在整個系統(tǒng)中所起的作用，可分為以下三個部分： 1）引射分流部分。 引射分流部分包括分流臂及臂上安裝的1-3號噴嘴。 分流臂分兩部分，一部分為底座，固定在采煤機(jī)機(jī)體上，另一部分為噴桿（即表7-2中的支管），用彈簧與底座連接，以防止被落下的塊煤砸壞。 1-3號噴嘴采用內(nèi)藏式安裝方式，采用機(jī)加工鋼構(gòu)件分別安設(shè)于-號噴桿上。 在分流臂靠采空區(qū)一側(cè)的全長上，安設(shè)風(fēng)障（一塊膠皮），以起到分流、加強(qiáng)引射新風(fēng)和阻擋采落與片幫的碎煤產(chǎn)生的煤塵向人行道擴(kuò)散的作用。 2）抑制含塵氣流及凈化部分。 抑制含塵氣流及凈化部分包括機(jī)體上安裝的4-8號噴嘴，這5個噴嘴分兩組，4-6號噴嘴與支管相連，7-8號噴嘴與支管相連。支管、設(shè)在采煤機(jī)蓋板下與機(jī)身平齊，且均為機(jī)加工多支管。 4-8號噴嘴朝向煤壁側(cè)，旨在控制含塵氣流繼續(xù)沿煤壁流動，抑制其向人行道擴(kuò)散，同時加強(qiáng)對含塵氣流的凈化，噴出的水霧又可將煤壁濕潤。為加強(qiáng)抑制含塵氣流和凈化作用，類似引射分流部分，在采煤機(jī)上沿機(jī)體靠采空區(qū)側(cè)設(shè)置縱向風(fēng)障。 3）跟蹤凈化部分。 跟蹤凈化部分包括采煤機(jī)后分流臂上的9、10號噴嘴（也可直接安在采煤機(jī)后端面上），后分流臂與采煤機(jī)機(jī)體剛性連接。 這兩個噴嘴的作用是跟蹤風(fēng)流繼續(xù)凈化。包括對通過機(jī)體下面空間的含塵風(fēng)流的凈化。為加強(qiáng)跟蹤凈化作用，在后分流臂的全長上同樣也安設(shè)膠皮風(fēng)障。 噴嘴選型 采煤機(jī)外噴霧降塵對噴霧器性能的一般要求是：水霧粒度小且水霧分散均勻；擴(kuò)散角為60°-90°，最大可至180°；射流速度為20-50m/s；水耗量為20-40L/min；水壓為0.5-2.4MPa。 根據(jù)采煤機(jī)塵源特點(diǎn)和設(shè)計(jì)裝置的抑塵原理以及上述要求，選擇霧粒分散度比較好、降塵效果佳、引風(fēng)效果好、射流形狀為實(shí)心錐形的S系列噴嘴。噴嘴的具體選型與主要技術(shù)特征見表3。 表8 外噴嘴用噴嘴及其主要技術(shù)特征 噴嘴安裝 利用采煤機(jī)電機(jī)冷卻水通過噴霧支管，將其引向采煤機(jī)兩頭裝載區(qū)（溜槽）噴霧。噴嘴采用扁平扇形噴嘴，將其安裝在一根管子上。這些噴嘴噴霧既能濕潤槽內(nèi)的煤炭，又不產(chǎn)生有害的紊流，同時使冷卻水得以新用。 裝置運(yùn)行 多頭聯(lián)合式外噴霧抑制灰塵裝置安裝完畢后，便可實(shí)施噴霧。逆風(fēng)割煤時，①-⑦號支管的閥門全部打開，10個噴嘴同時噴霧；順風(fēng)割煤時，關(guān)閉①-④號支管的閥門，僅7-10號4個噴嘴噴霧。 3.4. 頂板支架降塵 頂板支架是縱放面第二位主要塵源。移動支架時，盡管大多采用承壓擦頂移架方式，但由于頂梁上冒矸與支架間漏矸（煤），產(chǎn)塵量較大，其彌漫范圍廣，且這類粉塵分散度高，又往往含有矽塵，因而塵害嚴(yán)重。通常，采用噴霧同樣能有效地抑制放頂煤支架產(chǎn)塵。 移架時自動噴霧降塵裝置 支架在降柱、前移和升柱過程中產(chǎn)生大量的粉塵，同時由于通風(fēng)斷面比較小、風(fēng)速大，來自采空區(qū)的礦塵量大增。采用噴霧降塵時，必須根據(jù)支架的架型和移動支架產(chǎn)塵的特點(diǎn)，合理確定噴嘴的布置方式和噴嘴型號。支架的頂梁下面已安裝有兩個噴嘴，預(yù)計(jì)對控制煤壁片幫、輸送機(jī)運(yùn)煤及支架前移產(chǎn)塵有一定的效果，但對移架時架間漏煤、頂梁上面以及采空區(qū)因移動支架而冒矸產(chǎn)塵控制考慮欠缺；同時，如噴霧控制采用手動方式，則操作不便，工人勞動量增加。為此應(yīng)采用頂板支架自動噴霧降塵裝置，統(tǒng)籌考慮移架和放煤時的噴霧控制方式。 自動噴霧降塵裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)選定的工作面支架特點(diǎn)進(jìn)行。在2101綜采面采用的支架為ZSF3000-16.5/26型液壓支架，其主要技術(shù)特征如下：結(jié)構(gòu)型式為四柱四連桿、整體頂梁、帶外伸縮梁及護(hù)幫板，支撐掩護(hù)式雙輸送機(jī)頂板支架；支架高度1.7-2.6m；支架寬度1.43-1.50m；中心距1.50m；初撐力2522kN（液壓力為31.36MPa）；支架操作方式為手動本架操作。 1）自動噴霧降塵裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 頂板支架自動噴霧降塵裝置包括控制閥、噴嘴、噴嘴接頭、接頭支撐座、支撐體、管道四通、開關(guān)及連接件、密封件等。 控制閥選用煤科總院重慶分院研制的YZK型液壓支架自動噴霧控制閥（以下簡稱控制閥）。該控制閥（圖7-6）主要有油路控制和水路控制兩部分組成，控制閥油路分別與支架的降柱油路和升柱油路相連通；控制閥水路分別與支架噴霧器、出水口相聯(lián)通。支架降柱時，降柱油路中分出一股乳化油進(jìn)入控制閥閥座的降柱油孔后，打開控制水路的閥芯，使噴霧水接通，支架各噴霧點(diǎn)開始噴霧；此時支架又進(jìn)入移架，繼續(xù)噴霧；當(dāng)支架升柱時，升柱油路中分出一股乳化油進(jìn)入控制閥閥座的升柱油孔，使控制水路的閥芯關(guān)閉，從而封死了水路，支架停止噴霧。這樣，一架支架的自動噴霧就此完成。 圖4 控制閥外形圖 控制器主要技術(shù)特征：合理噴霧水壓為0.5-1.5MPa，合理水流量為≤30L/min，反應(yīng)靈敏度<0.5s，質(zhì)量為6kg。 噴嘴選用煤科總院重慶分院研制的錐形實(shí)心S系列噴嘴。 噴嘴接頭設(shè)計(jì)有兩種規(guī)格，一種是彎頭，另一種是直接頭，以便與各噴霧點(diǎn)的連接和角度的調(diào)整。接頭支撐座利用支架修理時的邊角料（錳鋼）自制，并焊接在支架的前連桿上。 采用與液壓支架用管標(biāo)準(zhǔn)（均為Φ10mm）一致的管路分水管和油管，便于安裝使用。噴霧用水由總水管景管卡至各分水管。 四通：為了既能手控又能自動控制移架噴霧，每架支架設(shè)3個四通。 三通：每架支架一個，由控制閥來的噴霧用水用Φ10mm膠管與三通連接，其余兩個Φ10mm孔分別與前噴霧點(diǎn)（現(xiàn)正安裝）和新設(shè)計(jì)的后側(cè)噴霧點(diǎn)連接。 開關(guān)：在后側(cè)噴霧點(diǎn)增設(shè)一個球形閥開關(guān)，以便對其手控。 其余連接件、密封件（如O形圈、U形卡）與液壓支架使用型號、規(guī)格一致，便于安裝、使用和維護(hù)。 2）支架噴霧點(diǎn)位置的確定。 支架噴霧點(diǎn)位置的確定，應(yīng)以移架產(chǎn)塵特點(diǎn)和支架結(jié)構(gòu)空間、移架工藝要求等為依據(jù)。一般說來，對于支掩式支架，要安設(shè)向相鄰支架之間的空間、采空區(qū)和頂梁進(jìn)行噴霧的裝置。頂梁下面現(xiàn)已有2個噴嘴，移架是可以對支架前半部分（靠工作面?zhèn)龋┑目臻g粉塵加以控制，同時可以作為隨機(jī)水幕（即隨采煤機(jī)移動，開啟回風(fēng)側(cè)支架噴霧，同樣起引鳳和撲滅機(jī)組產(chǎn)塵的作用）；因移架支架后半部分空間的粉塵沒有控制設(shè)施，因此，由必要安設(shè)后側(cè)噴霧點(diǎn)。 后側(cè)噴霧點(diǎn)有2個噴嘴組成，分別設(shè)于支架兩前連桿上，位于前連桿中 部。噴霧點(diǎn)布置如圖7所示。 噴嘴選用流量大、條件霧化角也大的SC408型噴嘴。該噴嘴的主要性能參數(shù)是：連接尺寸為ZG1/2；出口直徑為2.2mm；條件霧化角為120°；有效射程為2.1m（壓力為0.7MPa時）；當(dāng)壓力為1MPa時，耗水量為8.97L/min。 至于移架時架子尾部的粉塵控制，將來可進(jìn)一步考慮在前連桿上再安裝噴霧器，或者采用相鄰支架噴霧降塵聯(lián)動裝置。 3）裝置的安裝。 裝置的安裝包括管路系統(tǒng)和噴嘴的安裝。 （1）管路系統(tǒng)（圖5）。 將控制閥固定在底座過橋上，按圖5將油路系統(tǒng)和噴霧供水系統(tǒng)接好。控制閥是利用后柱降柱時，乳化油通過后柱上腔進(jìn)油管進(jìn)入，打開控制閥水路開始噴霧的；當(dāng)后柱升柱時，升柱油路中的乳化油進(jìn)入升柱油孔，使控制閥水路關(guān)閉而停止噴霧。 系統(tǒng)中同時安設(shè)有球形閥，以便采煤機(jī)路經(jīng)支架時前噴霧動作（隨機(jī)水幕），或者移架時前噴霧和后側(cè)噴霧單獨(dú)使用。為防止自動控制裝置失靈致使支架不能進(jìn)行噴霧，可預(yù)先在控制器的噴霧進(jìn)水口側(cè)或噴霧出水口側(cè)安裝球型閥；平時一直保持開啟狀態(tài)，一旦自控出現(xiàn)故障，關(guān)掉球形閥，仍不影響移架噴霧的手控操作。 （2）噴嘴的安裝。 每架支架的兩前桿上各安裝一個噴嘴座，位于前連桿的中心位置附近。噴嘴與噴嘴座通過螺紋連接，可整體調(diào)向。 圖5 支架自動噴霧降塵裝置管路圖 （3）新型拉架抽塵裝置。 為了消除移動支架時自動噴霧降塵裝置中側(cè)面噴霧點(diǎn)降塵效果不佳的弊病，最有前途的解決方法是抽塵，其主要特點(diǎn)是可以防止各種粉塵，首先是微細(xì)浮游粉塵沿工作面人行道飛揚(yáng)擴(kuò)散。吸入的含塵空氣，在空氣凈化裝置中捕塵；進(jìn)入其作用范圍的含塵空氣量越多，在捕塵器中凈化這種空氣的系數(shù)越大，抽塵的效果就越好。 研制新型拉架抽塵裝置的基本思路是，利用壓力水為動力，在選用自制的導(dǎo)風(fēng)筒內(nèi)，通過噴嘴以高速水射流流向外噴射，形成負(fù)壓，產(chǎn)生風(fēng)流并獎拉架時產(chǎn)生的粉塵吸入。含塵空氣與噴射的水混合后，經(jīng)濾網(wǎng)過濾，形成的泥水排至煤壁側(cè)；或者直接將含塵空氣引射到采空區(qū)一側(cè)，以減少工作面出煤的含水量。這種水力引射裝置，既是捕塵器，又是噴霧器，它將抽塵凈化風(fēng)流和噴霧降塵技術(shù)結(jié)合在一起。 新型拉架抽塵裝置的安裝可采用移動式，類似國內(nèi)簡易游動消塵灑水車，但它是跨在工作面輸送機(jī)上，靠采煤機(jī)牽引或推動運(yùn)行的，因而需要移架和采煤機(jī)同步，工藝要求較嚴(yán)。 國外經(jīng)驗(yàn)表明，雖然安裝除塵設(shè)備的支架的價(jià)格要稍高一些，但由于改善了勞動條件，降低了職業(yè)病的發(fā)病率，采用這種支架還是合算的。 （4）研制機(jī)械式防護(hù)罩。 放頂煤支架屬掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。前蘇聯(lián)和德國合作，曾專門進(jìn)行了掩護(hù)支架移動時的除塵研究。研究認(rèn)為，在各節(jié)支架間加防塵罩是合理的，其結(jié)構(gòu)可以做成由彈性擋板和用金屬絲加固的遮掩各節(jié)架間的合成博膜組成的機(jī)械防塵罩。 在卡拉干達(dá)煤田列寧礦井試驗(yàn)的防塵罩是一個可行的方案。由彈性擋板制成的這種防塵罩可以把離移架5m處回風(fēng)流的粉塵濃度減少54.9%（全塵）和53.8%（呼吸性粉塵）。 由德國生產(chǎn)的遮蔽各節(jié)支架間空間的合成薄膜“Drafonet”，是一個用1.6mm直徑的金屬絲焊接的金屬網(wǎng)。網(wǎng)眼為10mm×40mm，在縱向和橫向金屬絲之間用厚度為0.3mm的難燃聚乙烯薄膜覆蓋。用這種薄膜掩護(hù)頂板有兩種方法：一種方法是把長各2.5m、寬各為0.8-1m的薄膜塊用手工放到支架頂梁后面，用特殊夾具將后放進(jìn)的薄膜塊固定在先放進(jìn)的薄膜塊上；另一種方法是把薄膜卷筒掛在支架頂梁上，在移架過程中薄膜自動進(jìn)入鄰近頂梁后面，遮蔽住各節(jié)支架間空間。薄膜卷筒的直徑為0.3m，薄膜長25m,寬1.2m。魯爾煤炭公司各礦使用金屬絲和加固的合成薄膜遮蔽各界制支架間空間的經(jīng)驗(yàn)證明了它的合理性和經(jīng)濟(jì)性，特別是用于穩(wěn)定性差和具有脆性頂板的煤層。 3.5. 進(jìn)、回風(fēng)順槽防塵 轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧降塵 轉(zhuǎn)載點(diǎn)通常是進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)的主要產(chǎn)塵點(diǎn)。特別是綜放面，由于煤炭運(yùn)輸量大增且連續(xù)，因而增加了運(yùn)煤在工作面及運(yùn)輸順槽中運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載時的產(chǎn)塵。 1- 工作面輸送機(jī)；2-轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤塵罩；3-噴嘴；4-下罩；5-托架 圖6 輸送機(jī)轉(zhuǎn)載處防塵罩 轉(zhuǎn)載點(diǎn)降塵的有效方法是封閉加噴霧。通常在轉(zhuǎn)載點(diǎn)（即回采工作面輸送機(jī)與順槽輸送機(jī)連接處）加設(shè)半密封罩，罩內(nèi)安裝噴嘴（圖6），以消除飛揚(yáng)的浮塵，降低進(jìn)入回采工作面的風(fēng)流含塵量。 為了保證密封效果，密封罩進(jìn)、出煤口安裝半遮式軟風(fēng)簾，軟風(fēng)簾可用風(fēng)筒布制作。 帶式輸送機(jī)自動噴霧降塵 在帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過程中，煤（矸）逐漸變干會導(dǎo)致粉塵揚(yáng)起。為此，應(yīng)采用自動噴霧降塵裝置，以連續(xù)均勻預(yù)濕運(yùn)煤表面。具體做法是：在運(yùn)輸順槽內(nèi)的每部帶式輸送機(jī)中部，安裝1個ZP-1型自動噴霧控制器并配以噴嘴進(jìn)行噴霧灑水降塵。 ZP-1型自動噴霧控制器的主要技術(shù)特征是： （1） 適應(yīng)運(yùn)動物體線速度1-3m/s; （2） 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速100-573r/min; （3） 適用水壓≤6.3Mpa; （4） 控制器進(jìn)出口管徑 ZG1/2in； （5） 最大外形尺寸275×255×150mm； （6） 質(zhì)量8kg左右； 該控制其具有以下特點(diǎn)： （1）控制器依靠與運(yùn)載設(shè)備的摩擦而運(yùn)轉(zhuǎn)，因此本身不帶動力，無防暴要求，在煤礦驚嚇食用安 全；（2）控制器采用液壓原理，最適合在井下惡劣環(huán)境中使用。比其他自動控制裝置（如光、電、聲控裝置）動作更可靠，靈敏度更高，壽命更長；（3）帶式輸送集重載運(yùn)行時，控制器不動作、不噴霧；（4）結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小、質(zhì)量輕、操作自動且維護(hù)方便。 噴嘴選型 輸送機(jī)噴霧降塵，要求能連續(xù)而均勻的濕潤移動媒（巖）的全部表面，使粉塵不被揚(yáng)起，要求射流速度為15-20m/s，水霧擴(kuò)散角為75°，水霧粒度應(yīng)大部分小于40μm，水壓為0.2-0.5MPa，水耗量為2-8L/min。據(jù)此，輸送積及轉(zhuǎn)載點(diǎn)的噴嘴分別選用： （1） 在回采工作面輸送機(jī)與順槽輸送機(jī)連接處安設(shè)的半密封罩內(nèi)，安裝2個SB104號噴嘴。其主要性能參數(shù)為：連結(jié)尺寸ZG1/2；出口直徑1.6mm；條件霧化角60°；當(dāng)供水壓力為0.2、0.3和0.5MPa時，耗水量分別為1.60、1.95和2.53L/min；當(dāng)供水壓力為0.7MPa時，耗水量為2.99L/min，有效射程為2.3m。 （2） 帶式輸送機(jī)間轉(zhuǎn)載點(diǎn)處，在第二臺膠帶處安設(shè)帶水罩低流量噴嘴，噴嘴型號仍選用SB104號噴嘴。運(yùn)輸順槽中共安設(shè)兩處。 （3） 帶式輸送機(jī)自動噴霧降塵裝置，設(shè)于第一臺膠帶機(jī)中部附近，先設(shè)一套試驗(yàn)，噴嘴選用SC408號的。然后根據(jù)出煤水分，確定是否再增設(shè)自動噴霧裝置。 進(jìn)、回風(fēng)順槽風(fēng)流凈化水幕 在綜放面的進(jìn)、回風(fēng)順槽內(nèi)，設(shè)置自動控制的水幕，是凈化含塵風(fēng)流的有效方法。根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)巷道斷面形狀，采用梯形水幕。 水幕安設(shè)位置。 分別在距工作面50m和10m左右的進(jìn)、回風(fēng)順槽內(nèi)，選擇支護(hù)完好、壁面平整、無斷裂破碎的巷道段，設(shè)置第一道水畝；然后分別在距第一道水幕20m 的進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)，再設(shè)置第二道水幕。 噴嘴選型與敷設(shè)。 凈化水幕應(yīng)保證水霧能密實(shí)地過濾風(fēng)流全斷面，并連續(xù)不間斷的工作。要求水霧粒度細(xì)而密度大，水霧粒度具有較高的速度，每個噴嘴的水耗量為3-10L/min，水霧擴(kuò)散角為60°-90°，最大可達(dá)到180°，射流形狀為傘形或平面形，水壓一般為0.2-0.7Mpa。根據(jù)上述要求，選用煤科總院重慶分院研制的SC204號噴嘴，其主要特性參數(shù)是：連接尺寸ZG1/2；出口直徑1.6mm；條件霧化角60°；當(dāng)供水壓力為0.2、0.3、0.5和0.7MPa時，耗水量分別為2.37、2.90、3.74和4.43L/min；當(dāng)供水壓力為0.7MPa時的有效射程為3.3m。 噴嘴等距離布置在頂棚下方安裝好的供水管上，共布置3個。敷設(shè)時要求：噴嘴敷設(shè)方向迎向風(fēng)流方向，略有一定俯角，水幕組前一道噴嘴以30°俯角為宜，后一道水幕以俯角15°左右為宜，噴嘴不能對著幫部和頂板直射。安裝完畢，應(yīng)作幕布調(diào)試，使之達(dá)到最佳封閉狀態(tài)。 3）凈化水幕控制。 凈化水幕控制采用手控和自控相結(jié)合的方式。自控選用煤科總院重慶分院研制的DZS-63型自動灑水裝置，該裝置有光控、聲控和觸控三種不同型式的產(chǎn)品。結(jié)合井下條件，采用光控式。 DZS-63型自動灑水裝置的主要技術(shù)參數(shù)： （1）電源電壓：127V/36V，AC，50Hz； （2）適用水壓：0.2-6.3Mpa； （3）控制距離：光控<8m； （4）灑水延遲時間：光控5-100s，可調(diào)； （5）電磁閥通徑：公稱直徑15mm，接口G1/2in。 該裝置采用集成電路，抗干擾性好，使用方便，電磁閥承受水壓能力強(qiáng)，動作靈活可靠。裝置配備有CZ控制箱一個及光電傳感器；BDF防爆電磁閥1只；管道過濾器一個和五個噴嘴。 3.6. 掘進(jìn)工作面防塵技術(shù) 機(jī)掘工作面主要降塵技術(shù) 1）采用濕式鉆眼，放炮使用水炮泥，控制產(chǎn)塵源。放炮使用高壓遠(yuǎn)程電動自動噴霧裝置，利用放炮沖擊波啟動電磁閥，打開噴霧，噴嘴噴霧至迎頭，降低放炮時產(chǎn)生的粉塵。無防塵措施時放炮產(chǎn)生的粉塵濃度達(dá)到23.8mg/m3，使用噴霧裝置后，粉塵濃度降低至4.4mg/m3，降塵率達(dá)81.5%，降塵效果明顯。 2）噴漿作業(yè)的降塵。采用潮料噴漿，在噴漿機(jī)回風(fēng)側(cè)2-3m處安裝ASS-SL水射流除塵風(fēng)機(jī)，噴漿時開啟，利用水射流造成的負(fù)壓抽風(fēng)降塵. 機(jī)掘工作面主要防塵技術(shù) 1）液壓除塵風(fēng)機(jī)負(fù)壓降塵。 在綜掘機(jī)上安裝液壓除塵風(fēng)機(jī)降塵，機(jī)載式除塵風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)風(fēng)集流器、噴霧器、液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)導(dǎo)流體及脫水裝置組成。掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)高壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)帶動風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的負(fù)壓通過進(jìn)風(fēng)集流器將含塵空氣吸入凈化器，粉塵與噴霧器水霧混合后進(jìn)入風(fēng)機(jī)，在液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)作用下，含塵氣流進(jìn)入旋風(fēng)導(dǎo)流體產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)與水霧粒子相互作用被捕獲，被捕獲的粉塵在離心力作用下被拋向凈化器，并進(jìn)入脫水裝置，在脫水器處從風(fēng)流中分離出來，由排污管排出，凈化的風(fēng)流由出風(fēng)口排出，從而達(dá)到凈化的目的。 2）長壓短抽通風(fēng)除塵 機(jī)掘工作面采用長壓短抽通風(fēng)方式，并采用除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行降塵。局部通風(fēng)機(jī)選擇對旋風(fēng)機(jī)，除塵風(fēng)機(jī)選擇ZZJ3-2式振弦除塵風(fēng)機(jī)。除塵風(fēng)機(jī)功率110.0KW，處理風(fēng)量為156m3/min。除塵風(fēng)機(jī)距迎頭<150m，吸風(fēng)口距迎頭<50m..含塵空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)動力吸入除塵器,通過振弦過濾板時，在順流方向上設(shè)置的水噴霧器向振弦過濾板上噴霧，附有水幕的纖維使粉塵濕潤增重或凝結(jié)并滯留。同時由于水噴霧不斷向振弦過濾器噴霧，經(jīng)過振弦過濾器的含有水霧與濕潤粉塵團(tuán)的混合物隨水流下。同時清潔振弦過濾器積塵，其余粉塵及微粒經(jīng)水幕碰撞變成濕潤的塵粒、塵團(tuán)進(jìn)入脫水裝置分離，污水從排污漏斗排出，凈化后的空氣從排氣口排出。降塵效果明顯，降塵率為92-95%。 3）掘進(jìn)機(jī)外噴霧降塵：S-100型掘進(jìn)機(jī)無內(nèi)噴霧裝置，采用外噴霧降塵，在搖臂兩側(cè)各安裝一組噴霧裝置，每組$個噴嘴，降低截割時產(chǎn)生的煤塵。 3.7. 防爆及隔爆措施 預(yù)防煤塵爆炸 預(yù)防煤塵爆炸的措施，概括起來有三個方面：即防止浮游煤塵飛揚(yáng)；防止沉積煤塵重新飛揚(yáng)并參與爆炸；防止產(chǎn)生引爆火源。 一、發(fā)生煤塵爆炸，必須存在高濃度煤塵云，消除可爆性煤塵云的飛揚(yáng)狀態(tài)就消除了煤塵爆炸的一個重要產(chǎn)生條件。因而采取濕式作業(yè)、噴霧灑水、煤層注水預(yù)濕煤體等降塵措施，就是要控制煤塵飛揚(yáng)，預(yù)防煤塵爆炸事故的發(fā)生。 二、清掃和沖洗；撒布巖粉（在開采有煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井，定期在巷道內(nèi)撒布惰性巖粉，增加沉積煤塵的不燃成分，這也是防止煤塵爆炸的重要措施。 三、消除井下明火；消除瓦斯引燃；消除放炮火焰；消除電器失爆；消除其他火焰。 隔絕瓦斯煤塵爆炸措施 由于煤塵本身爆炸不但具有連續(xù)性，而且具有越發(fā)展破壞力越大的特點(diǎn)。為了避免出現(xiàn)這種有可能造成全礦井被毀的惡性事故，必須采取措施把瓦斯爆炸或煤塵爆炸阻斷并限制在一定的范圍內(nèi)。限制瓦斯煤塵爆炸傳播的方法主要是采取措施將已發(fā)生的瓦斯煤塵爆炸限制在一定區(qū)域，盡量減少爆炸造成的損失。其措施主要是設(shè)置被動式隔爆裝置和自動抑爆裝置。被動式隔爆裝置是借助于爆炸沖擊波的作用來噴灑消焰劑，而本身無噴灑動力源；自動抑爆裝置是利用傳感器探測爆炸信號，觸發(fā)自帶的動力源噴灑消焰劑，形成抑制帶。 被動式隔爆裝置最早采用撒布巖粉和設(shè)置普通巖粉棚，其作用原理是：當(dāng)發(fā)生瓦斯煤塵爆炸時，由于超前于爆炸火焰?zhèn)鞑サ臎_擊波的作用，將隔爆棚掀翻或擊碎，使棚架上或槽子內(nèi)的抑制劑（巖粉或水）飛散開來，在巷道中形成一個高濃度的巖粉云或水霧帶，使滯后于沖擊波的爆炸火焰達(dá)到棚區(qū)時被撲滅。從而阻止爆炸繼續(xù)向前傳播。雖然防止爆炸傳播效果較好，但巖粉暴露在潮濕空氣中，極易受潮而失去消焰劑功效，頻繁更換巖粉的工作量較大。在20世紀(jì)80年代，煤科總院重慶分院開發(fā)的隔爆水槽（脆性）和隔爆水袋，以水作為消焰劑，方便了煤礦安裝和使用，在全國得到了廣泛推廣應(yīng)用，其中隔爆水袋的使用最為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有些煤礦如通化松樹鎮(zhèn)煤礦、雞西二道河子礦、淮北楊莊礦等已有隔爆水棚成功隔絕瓦斯煤塵爆炸的事例。為了拓寬被動式隔爆裝置的使用范圍，隨后針對不同用途和使用環(huán)境開發(fā)了防潮巖粉棚、PGS型隔爆水槽棚、XGS型隔爆棚、KYG型快速移動式隔爆棚。其中，防潮巖粉棚雖然技術(shù)先進(jìn)，但尚未推廣應(yīng)用。 我國《煤礦安全規(guī)程》中對隔爆裝置的使用作了相應(yīng)的規(guī)定，各煤礦應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件，合理選用和安裝相應(yīng)的被動式隔爆裝置或自動抑爆裝置，并使其安裝和使用達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化和規(guī)范化。 被動式隔爆裝置的動作原理決定了其結(jié)構(gòu)和安裝必須符合一定的要求。首先，隔爆裝置的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)需在較低的爆炸壓力下動作且有利于消焰劑的飛散（MY157標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隔爆水槽的動作壓力不大于16kPa、隔爆水袋不大于12kPa）。其次，隔爆裝置的安裝位置必須在其有效隔爆范圍內(nèi)。如果隔爆裝置距爆源太近，因爆炸壓力太小不足以使其有效動作，同時爆炸壓力波和火焰?zhèn)鞑r間間隔太小，使得爆炸火焰到達(dá)時隔爆裝置來不及動作，影響其隔爆的有效性；如隔爆裝置距爆源太遠(yuǎn)，則爆炸壓力波和火焰?zhèn)鞑r間間隔過大，使得爆炸火焰到達(dá)隔爆裝置位置時，消焰劑已沉降到巷道底板，同樣影響其隔爆效果。這是在使用中必須給予足夠重視的問題。 現(xiàn)在煤礦已廣泛采用綜采（包括綜放）開采工藝，回采速度較其它開采方法快，特別是機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的采用，掘進(jìn)巷道推進(jìn)速度很快。而現(xiàn)有隔爆水棚采用固定式安裝，移動較費(fèi)時，當(dāng)需頻繁移動時難以滿足要求，使隔爆棚與工作面間的未保護(hù)段較長，有時隔爆棚遠(yuǎn)離爆源而不在有效隔爆范圍內(nèi)，影響隔爆效果。因此，采用快速移動式隔爆棚在綜采工作面順槽和掘進(jìn)巷道中安設(shè)，因安裝方便，能隨工作面推進(jìn)而迅速移動，始終把未保護(hù)段控制在最小距離。它作為現(xiàn)有固定式安裝隔爆水棚的補(bǔ)充措施，適合在需頻繁移動的巷道中安裝使用。 KYG型快速移動式隔爆棚，主要由單軌、移動裝置、水槽組合棚架和PGS-60型泡沫隔爆水槽組成，單軌和水槽架通過移動裝置聯(lián)接，如圖7所示。從巷道橫向看，靠巷道兩幫的兩個水槽縱向嵌入，中間兩個水槽橫向嵌入。 1 -單軌吊環(huán)；2-單軌；3-移動裝置；4-支撐桿；5-水槽架；6-水槽；7-鋼絲繩 圖7 KYG型快速移動式隔爆棚（1架）結(jié)構(gòu)示意圖（巷道縱向視圖） 該隔爆棚與不同夾持器配合，可在不同支護(hù)方式的巷道中安裝。設(shè)計(jì)有底部放水孔的PGS-60型專用水槽。底部放水孔在移動前可快速放水（單個水槽放水用時僅4s），每組隔爆棚移動1次需2h 左右。移動時水槽架可收疊，移動時可避開巷道中其它吊掛物（如風(fēng)筒等）。其主要技術(shù)參數(shù)見表9。 表9 快速移動式隔爆棚主要技術(shù)參數(shù)表 每架棚容水量/L 4×60 單軌規(guī)格/min 63×76×6 每節(jié)長2800 單個放水型水槽放水用時/s 40 表面電阻/歐 〈3×100000 阻燃性 符合MT113 隔爆有效范圍/m 距離源60—160 該隔爆棚適合在采區(qū)內(nèi)的快速掘進(jìn)巷道和綜采工作面順槽中安裝。用水量按200kg/m2計(jì)算，棚區(qū)長度不小于20m。其安裝、移動方法如下： （1）單軌安裝將夾持器固定在巷道頂部，兩夾持器間距為2.8m左右，用“S”形掛鉤配合卸扣將單軌依次吊掛在夾持器上。 （2）水槽架安裝水槽架組裝好后，用銷軸固定在移動裝置下面，將移動裝置從單軌一端套入。把水槽放入水槽架中，并將螺旋扣掛在相應(yīng)的拉環(huán)上。調(diào)節(jié)各水槽架的位置，使其邊界距離為0.5-1.5m，擰緊移動裝置的止動螺絲，在水槽中加水。 （3）隔