突出煤层掘进工作面煤尘润湿特性及防尘技术研究

发布时间：2020-03-28 12:31

【摘要】：为了防治高瓦斯突出煤层煤巷综掘工作面粉尘造成的职业危害和消除煤尘发生爆炸的危险性,对淮北矿区7个高瓦斯突出矿井不同煤层进行取样测试分析研究;同时,针对许疃煤矿3_238机巷综掘工作面现场情况,对该工作面粉尘运移规律进行了数值模拟研究;并通过实验分析和模拟结果分析对现场工作面产尘特点进行了客观分析;另外,在3_238机巷工作面进行的煤层注水和泡沫降尘试验结果表明,单独的煤层注水降尘效果不明显,而泡沫降尘技术较普通外喷雾降尘效率显著提高。论文主要研究内容如下:1)对7个煤矿不同煤层进行突出煤体取样测试分析,采用实验室测定分析的方式分析突出煤体的多元基础特性;同时对各个煤层煤样进行区域突出危险性预测指标考察和测定分析,从突出煤体瓦斯多元特性的角度对不同煤体进行研究;然后再对突出煤体的煤尘润湿特性进行研究;最后,结合多元测试参数的整理结果进行综合分析,结果表明:所取煤样的多元参数与煤尘润湿特性有一定的相关性;2)通过一元线性回归、多元线性回归、主成分分析的方法,分析得出煤尘润湿特性的影响因素相关系数、多元线性回归方程、以及相关程度结果。主要结论有:煤组成成分对煤尘接触角影响的最佳回归方程为θ=120.042-2.218(灰分),表明煤组成成分中,矿物质含量对煤尘润湿性影响最大;煤的微观结构参数对煤尘接触角影响的最佳回归方程为θ=111.866-18.044(比表面积),表明煤微观结构参数中,比表面积与煤尘润湿性相关性最好;利用主成分分析法进行相关程度排序,得到各相关因素与接触角的相关程度由大到小依次为:灰分A_d水分M_(ad)孔容比表面积坚固性系数f值羟基(-OH)含量固定碳F_(cad)挥发分V_(daf)吸附常数b煤层最大瓦斯压力P瓦斯放散初速度?p吸附常数a最可几孔径。3)结合3_238机巷工作面现场布置情况,模拟了煤巷综掘面风筒开始供风的140s内巷道风流分布情况,发现风流场在80s后基本稳定,表明在80s后进行粉尘源的释放比较接近现场掘进释放粉尘的情况;进而模拟了一般情况下现场粉尘运移分布规律,结果表明,在巷道掘进前60s内粉尘快速充满巷道,分析掘进开始第60s时巷道粉尘浓度分布发现,粉尘源的位置浓度最高,并在回风侧也有很高浓度的粉尘分布;局部巷道风流紊乱或者风速较低的进风侧存在高浓度粉尘积聚,巷道顶板和风筒壁面附近很快聚集高浓度粉尘团,此外还有大量的粉尘被巷道壁面捕获,巷道底板同时快速沉积起大量的粉尘;另外,结合现场的不同作业条件,模拟了不同分散度条件下的巷道粉尘运移规律,结果表明,不同分散度条件下第60s的粉尘浓度依旧在回风侧最高,随着粉尘分散度降低,空气中粉尘的逸散能力减弱,空气中存在的整体粉尘浓度降低,底板附着的大颗粒粉尘浓度升高,在MD=50μm条件下掘进开始第60s时大多数粉尘很难到达距离掘进面50m处,即降尘的重点区域出现逐渐向前移动的趋势。4)通过数值模拟的结果分析了现场综掘面应当把防尘重点放在掘进面前50m内的回风侧区域,并定期清理巷道积尘,同时认为应当加强粉尘源处的降尘工作;通过对突出煤层的煤样性质分析发现煤样中的游离二氧化硅含量较高,润湿性较差,对人体危害大,并且降尘难度大。此外,在现场工作面进行单纯的煤层注水降尘试验降尘效果并不理想;而泡沫降尘试验结果表明降尘效果较原有外喷雾降尘效果显著提高。
【图文】：

煤尘,尘肺病,煤尘爆炸,职业病

我国煤炭工业发展迅速，原煤产量由 1978 年的不到 7 亿的 35.5 亿吨。但我国 95%左右的煤矿采用井工开采方式，地质部突出粉化煤为矿井粉尘提供了大量的尘源；同时，，随着机械的开采强度和生产集中度大幅度增加，煤体开采粉尘产生量亦尘问题变得日益严重。大量煤尘的存在能够引发爆炸，危害人工作场所的能见度，增加工伤事故的发生率，加速机械磨损，和仪器设备的使用寿命。粉尘是煤矿安全生产过程中最主要的职业危害，工人长期吸入尘可导致尘肺病的发生。尘肺病的形成是由于矿工长期吸入作而引起的肺部组织纤维化，我国煤矿工人的尘肺病发病、致死计委发布的《2017 年全国职业病报告》[1]显示，根据 30 个省、(不包括西藏)和新疆生产建设兵团职业病报告，2017 年共报，其中包含尘肺病 24206 例。其中，煤工尘肺和矽肺分别为 1。尘肺病报告病例数占 2017 年职业病报告总例数的 88.28%。工的生命健康、造成巨大的经济损失，还产生恶劣的社会影响

煤矿,瓦斯煤尘爆炸,国有重点煤矿,爆炸危险性

硕士学位论文害十分严重，国有重点煤矿中有 532 处煤矿的煤尘具有爆炸危险性；具爆炸性的煤矿占 60%以上[2]。1949~2018 年全国煤矿发生的 25 起死亡特大事故中，有 14 起为煤尘爆炸事故或瓦斯煤尘爆炸事故。煤尘爆炸，给生产环节带来的人员伤亡和经济损失都是十分惨重的。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD714.4;TD714.1

【参考文献】