煤矿井下煤层注水的防尘机理
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煤矿井下煤层注水的防尘机理 井下粉尘是煤矿主要的职业病危害，矿井工作场所的高浓度粉尘一直困扰着煤矿安全生产和职工身体健康。 煤层注水是指用水将煤体提前湿润继而达到减尘的方法，即：在采煤工作面采煤之前，在煤层上进行钻孔，将压力水通过钻孔注入煤体中，由于压力水在煤体内部的深入增加了煤层水分从而减少产尘量；或者在采空区及巷道中灌入水，依靠自重及毛细管作用让水渗入煤体减尘的方法。煤层注水方法已经在我国煤矿中得到了推广。 关于预湿煤体防尘的机理，一般认为有如下几点： （1）水自身的运动过程水通过自身动力学和物理化学过程的相互综合达到湿润煤层的目的。在煤层中流动的水除了自运动外，还受到压差造成的运动。在煤层中水按渗透规律沿裂隙和大得孔隙流动就是压差所造成的运动。而水的自运动只受到水的重力和水与煤炭的化学、物理化学作用影响。自重使水在裂隙与孔隙内向下流动；水可以通过化学作用氧化或溶解煤层内的无机和有机组分；毛细管凝聚、表面吸着和湿润等都是物理化学起到的作用。水渗透流动由压力差值和自身重力造成，作用时间较短，影响范围较小，湿润性差，通常在50%以下。而由煤层湿润起主要作用的物理化学作用，不仅持续时间长，还能均衡的湿润媒体，湿润率可以增加到70%~80%。另外，通过注水成了新的煤一瓦斯一水三相体系，原有的煤一瓦斯体系不复存在，新体系内各个介质间发生着相互作用。水还可以预先湿润存在于煤体裂隙之中的原生煤尘，降低其飞扬性。 （2）煤体内微小部分都可以被水包裹当煤体中的裂隙和层理被水浸润后，水会随之浸入极其微小的孔隙内部，整个煤体就被水较好地包裹起来。开采煤层时产生的绝大部分破碎面都充满着水，由此可以减少煤尘的飞扬。 （3）水的综合受力注水压力、毛细管力和重力为水的动力，煤层裂隙面的阻力、孔隙通路的阻力和煤层的瓦斯压力为水的阻力。 （4）改变煤体的物理化学性质从而减尘将压力水注入煤体内部，煤的水分和尘粒间的黏着力会增加，煤的强度和脆性会降低，塑性会增加，采煤时产生的煤尘会减少；煤体中原生细尘将会被黏结为较大的尘粒，飞扬能力被降低。 相关研究表面，当浸润的水分增值达到1%时，降尘率可以到50%以上。国内外的研究与实践证明，煤层注水除了具有降低采煤工作面粉尘浓度作用外，对于提高瓦斯抽放效率、预防顶板冲击来压、预报煤与瓦斯突出以及预防煤的自然发火（添加阻化剂）等均有明显效果。因此，研究预湿煤体防尘效果的影响因素，对于矿井防尘和促进安全生产具有十分重要的意义。 煤层注水降尘率达60%-90%，但除尘效率较低，耗水量较大，容易恶化工 作面环境。建议煤矿采用徐州博泰研发的泡沫除尘技术。 泡沫除尘是以高压空气促使发泡剂产生无空隙湿润泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘得以浸润、附着、沉积，失去飞扬能力，整体除尘效果好，一般可达90%以上，尤其对5mm以下的呼吸性粉尘，除尘率可达80%以上。泡沫除尘能够无空隙地覆盖尘源，从根本上阻止粉尘向外扩散，液体形成泡沫后，总体积和表面积大幅度增大，增加了与粉尘的碰撞效率，泡沫的液膜中含有特制的发泡剂，能大幅度降低水的表面张力，迅速增加粉尘被湿润的速度。泡沫具有很好的粘性，粉尘和泡沫接触后会迅速被泡沫粘附，抑尘效果明显，比传统除尘方法有绝对优势。在现场利用原有的防尘系统和压风系统，安装工作量小，成本低，它将使煤矿现场环境质量得到根本性改变，在煤矿有良好的推广价值。
